«Мне нужен источник энергии получше, — горячился Мэтью Болтон. — Такой, чтоб не уставал, как лошади, и чтоб работал эффективно. » Его мечта сбылась после встречи с Джеймсом Уаттом. На свет появился паровой двигатель.
Пар привел в движение машины, совершившие промышленную революцию. Появились первые поезда и пароходы. С тех пор жизнь людей очень изменилась.

Однажды в 1764 году в шотландском городе Глазго в мастерскую принесли для починки модель парового двигателя. Это была миниатюрная модель двигателя Ньюкомена из коллекции научных экспонатов местного университета. Мастерская принадлежала Джеймсу Уатту — научному консультанту университета, которому в то время было 28 лет.

Однотактное чудо

Джеймс Уатт (1736-1819) произвел переворот в технике, сконструировав первый паровой двигатель с теплообменником

Двигатель Ньюкомена был изобретен примерно пятьюдесятью годами раньше и использовался для откачки воды в горнодобывающих шахтах. По сравнению с ранним паровым насосом этот двигатель был более совершенным, но он работал неэффективно. Он потреблял очень много топлива и сотрясал все вокруг.
Эти недостатки не очень важны, если использовать двигатель на угольной шахте: тут сколько угодно дешевого угля и никому не мешает тряска. Но у других возможных потребителей у кого не было дешевого топлива и кому требовалось, чтобы двигатель работал ровно, эта конструкция интереса не вызывала.

Задавая вопросы

Джеймс Уатт починил университетскую модель двигателя. Он в первый раз видел двигатель Ньюкомена и изучил его с большим интересом. Почему он такой неэффективный? Почему движение сопровождается такой тряской? Почему он потребляет столько угля?

Двигатель Ньюкомена был одноцилиндровым. Внутри цилиндра двигался поршень, соединенный с балансиром, который приводил в движение насос. Пар из котла попадал в цилиндр снизу и заставлял подниматься поршень, а тот, в свою очередь,— балансир. Затем в цилиндр подавалась холодная вода — пар конденсировался,давление, падало, и поршень опускался. Каждый раз, когда внутрь поступает холодная вода, пар конденсируется, и топливо, затраченное на то, чтобы произвести этот пар, пропадает напрасно. Для очередного подъема поршня нужен новый пар — значит, нужно снова нагревать котел, расходуя дополнительное топливо.

Сокращая расходы на топливо

Решение, предложенное Уаттом, заключалось в следующем: надо добавить второй цилиндр, называемый теплообменником, и соединить его с первым. Отработанный пар будет конденсироваться в теплообменнике, а первый цилиндр будет все время оставаться горячим — это сэкономит количество потребляемого топлива. На деле оказалось, что двигатель Уатта расходует лишь четверть того количества топлива, которое требовалось раньше.

Джеймс Уатт был ученым и изобретателем, а не бизнесменом. Если бы не Мэтью Болтон, замыслы Уатта так бы и остались в чертежах. Появившийся на свет при финансовой поддержке Болтона теплообменник был только первым вкладом Уатта в конструкцию паровой машины, за которым последовали другие. Промышленная революция свела вместе изобретателей, у которых были интересные идеи, и деловых людей, у которых были капиталы, чтобы воплотить эти идеи в конкретные дела, приносящие доход.

Его идеи не сразу принесли ему славу и богатство. Подобно многим другим изобретателям, Уатт не мог найти денег, чтобы воплотить свои замыслы в жизнь. Прошло двенадцать лет, прежде чем был продан первый из его двигателей. В 1776 году Уатт стал партнером бирмингемского промышленника Мэтью Болтона (1728—1809), и Болтон помог ему наладить производство паровых машин.

И это было только начало. Уатт продолжал улучшать и совершенствовать механизм и наконец изобрел способ преобразовывать поступательное движение поршня во вращательное.

ФАКТЫ И СОБЫТИЯ

• Первым паровым двигателем, использовавшимся в промышленности, был «Друг горняка». Он был запатентован в 1698 году Томасом Сэвери, горным инженером из Корнуолла.
• Когда Джеймс Уатт строил модель своего первого двигателя, он очень торопился. Не найдя необходимой детали, он взял у жены наперсток, чтобы закрыть им конец трубы.
• До своей встречи с Болтоном Уатт настолько потерял веру в успех, что отказался от идеи создания паровой машины и четыре года работал на строительстве каналов в Шотландии.
• Заслуги Уатта не ограничиваются тем, что он усовершенствовал паровую машину. Он изобрел способ копирования документов, основанный на химических процессах, который широко использовался на протяжении последующих ста пет.
• В 1784 году Уатт провел в свою контору трубы из котельной и пустил по ним горячий пар. Таким образом пар был впервые использован для центрального отопления.
• В 1789 году Уатт изобрел регулятор- устройство, позволяющее контролировать скорость работы паровой машины. Это позволило поддерживать постоянную скорость, не зависящую от температуры котла, и облегчило работу.
• В XIX веке в честь Джеймса Уатта была названа единица мощности — ватт.

Пар завоевывает мир

Паровая машина Ньюкомена, впервые установленная в 1712 году.

Это был настоящий прорыв. Вращательное движение могло найти гораздо более широкий круг применений. От коленчатого вала можно при помощи приводных ремней передать движение на ткацкие и другие станки. Теперь пар мог заставить крутиться колеса самодвижущихся экипажей.

Первые попытки использовать пар для создания новых средств передвижения были предприняты в 70-х годах XVIII века. Эти машины передвигались по дорогам, но пройдет немного времени, и люди найдут другое применение паровому двигателю— железные дороги. Уатт дожил до 1819 года и мог увидеть начало промышленной революции, которую подтолкнуло его изобретение, но он не дожил шести лет до начала эры железных дорог.

Век пара

К середине XIX столетия всю промышленность «двигал пар». Теперь все, от тканей до пушек, производили с помощью паровых машин. Паровозы тянули поезда; даже оборудование для строительства железных дорог оснащалось паровыми двигателями. И на море парус постепенно сдавал свои позиции паровой машине.

Однако промышленная революция заключалась не только в изменении технологии производства, хотя это и было важно. Строительство новых машин и фабрик требовало денег, которые надо было заплатить задолго до того, как фабрики начнут приносить прибыль. Точно так же, как Уатту для финансовой поддержки его замыслов был нужен Болтон, для успеха промышленной революции нужны были богатые люди, готовые вложить свои деньги в дело.
Промышленная революция стала также революцией капиталистической. Начали основываться компании, банки поспешили вкладывать деньги в промышленность, появились деловые люди, зарабатывающие на жизнь тем, что сводили вместе научные идеи и капиталы.

Французский военный инженер Жозеф Кюньо построил повозку, приводимую в движение паром, около 1771 года. Она могла ехать со скоростью 3,6 км/ч и при этом везти четырех человек.

Победители и проигравшие

А что же стало с простыми людьми, которые не были ни изобретателями, ни банкирами, ни капиталистами? Паровой двигатель изменил жизнь многих из них. В XVIII веке ткани, например, производились в небольших мастерских на оборудовании, приводившемся в движение вручную. Очень часто в мастерской работала одна семья. На новых фабриках ткани стали делать на станках, работающих от парового двигателя. Работа была несложная и не требовала большого умения, поэтому рабочих-мужчин заменили женщины и даже дети.

Появилось много новых рабочих мест, но труд на фабриках был изматывающим и монотонным. Люди начали стекаться в большие промышленные города, где им приходилось жить в ужасной тесноте и дышать отравленным воздухом, потому что фабричные трубы изрыгали тучи дыма и копоти. В то же время промышленности требовалось все больше и больше угля, шахтерам приходилось опускаться все глубже под землю, и их труд становился все опаснее.

На смену пару

Эпоха паровых машин закончилась в 50-х годах нашего века. Она длилась больше 150 лет. Сегодня промышленность работает на электричестве. Больше нет пароходов, а топливом для машин и поездов служит нефть. Но огромные изменения, происшедшие за последние два века, были начаты Джеймсом Уаттом и его паровым двигателем.

Не все эти изменения были к лучшему. Соперничество между промышленными державами привело в XX веке к двум мировым войнам. До сих пор существует гигантская пропасть между промышленно развитыми странами и остальным миром. Миллионы людей, работающих на фабриках, хотели бы иметь возможность зарабатывать себе на жизнь как-нибудь по-другому. Когда Джеймс Уатт усовершенствовал двигатель Ньюкомена, он положил начало тем изменениям, что неузнаваемо преобразили облик мира.

«Отец паровой машины» ее на самом деле изобретал не ее, а двигатель

Вопреки расхожему мнению, Джеймс Уатт, «отец паровой машины», никакого инженерного образования не имел, никакой паровой машины не изобретал, в молодости лишь слышал о существовании каких-то «огненных машин», паром серьезно не интересовался и до 28 лет ко всему этому делу не имел решительно никакого отношения. И в наши дни в одной из первых детских книжек английские мальчишки находят умилительно-розовый рассказ о маленьком Джеймсе, который задумчиво следил за струйкой пара, выходящего из носика чайника. Такие легенды обязательны для великих людей.

Трехлетний Декарт, увидевший бюст Эвклида, сказал: «А!», а Сережа Королев особенно любил сказку о «ковре-самолете». Кто его знает, может быть, Джемс действительно смотрел на чайник, но пар, выходящий из его носика, не мог натолкнуть юный мозг на идею использовать этот пар в некой машине хотя бы потому, что он давно был приручен в различных таких машинах.

Еще в 120 году до нашей эры александрийский ученый Герон описал свой «шар Эола», вращающийся под действием двух выходящих из него струй пара. В 1663 году маркиз Ворчестер сделал игрушку с «чудесным водяным двигателем», что позволяет англичанам спорить о приоритете в этом открытии. Спор весьма комичен, поскольку сами англичане выдали патент на паровой двигатель лишь 35 лет спустя и не маркизу вовсе, а капитану Томасу Севери, который сделал машину почти одновременно со своим соотечественником и тезкой — кузнецом Ньюкоменом. Машина кузнеца, как ни плоха она была, все-таки считалась совершеннее машины капитана и работала на шахтах и в рудниках.

Итак, Уатт паровой машины не изобретал. И назвать изобретателя ее непросто. Сама идея этого двигателя носилась в воздухе, рождая в разных странах разные модели. Мир ждал ее появления с часу на час. Нарождавшаяся промышленность топталась на месте, лишенная простого, дешевого, а главное — мощного двигателя, остро и срочно ей необходимого. Изобретение Уатта было не просто великим изобретением, оно было, быть может, самым желанным изобретением в истории человечества. Великий гений Уатта обнаруживается в том, что патент, взятый им в апреле 1784 года, давая описание паровой машины, изображает ее не как изобретение лишь для особых целей, но как универсальный двигатель крупной промышленности».

Памятник Уатту в Бирмингеме

Джеймс Уатт родился в крохотном шотландском городишке Гриноке, ничем больше не прославившемся ни до этого события, ни после него. Его дед преподавал математику и мореходное искусство и пользовался уважением земляков, которые постоянно выбирали его то главным окружным судьей, то председателем церковного совета. Отец унаследовал отчасти образованность своего родителя, но обладал еще и жилкой предпринимателя. Он и корабли строил, и сам был судовладельцем, и торговал, и держал склад якорей, канатов и прочей корабельной снасти, и подъемный кран построил, собирал мореходные инструменты, открыл мастерскую. В этой мастерской маленький Джеймс сидел часами. После рыбалки, которой он отдавался со страстью, работа в мастерской была его самым любимым занятием.

Как упоминалось выше, Уатт не получил инженерного образования. Строго говоря, он вообще никакого образования не получил. Хилый ребенок, постоянно страдающий головными болями, он занимался в начальной и в средней школе с большими перебоями и слыл среди однокашников довольно туповатым. Только когда ему было уже 13 лет, его безусловные математические способности вывели его в число первых школяров, к великому конфузу насмешников.

Живя в гостях у своего дяди — профессора древних языков университета в Глазго, он начал сам проводить разные опыты по химии и физике. Он вообще любил работать один, тихо, не торопясь, обдумывать сделанное и вновь проверять мысли свои в опыте и даже досуг отдавал своей пытливой наблюдательности, которая позволяла ему, по свидетельству его друга и биографа профессора Робинсона, «уметь из всего сделать предмет нового серьезного изучения». Джеймс избегал шумных игр и всяких спортивных турниров. «Он редко вставал рано,— вспоминает в своих мемуарах его тетка,— но в течение нескольких часов занятий успевал сделать больше, чем обыкновенные люди делают за несколько дней».

Вот оно, изобретение…

Вот таким он рос в крошечном шотландском городке и таким вырос: тихим, болезненным, начитанным, пытливым, очень наблюдательным, аккуратным человеком, который любил размышлять и мастерить. Он умел пользоваться многими инструментами, освоил даже литейное дело, очень много читал и знал, но определить свое будущее не мог.

Происхождение и образование не позволяли ему стать простым мастером, отсутствие навыков предпринимателя мешало заняться торговлей и организацией ремесла, весьма ограниченные доходы — войти в промышленность, скромность и болезненность — искать счастья в заморских землях. Он был универсал, которому трудно было найти работу. Он был изобретатель. Изобретатель и по складу характера, и по типу мышления, и по образу жизни; удивительно, он был изобретателем, еще ничего не изобретя.

Но ведь такой профессии не существовало. И в наши-то дни сколько копий поломано в спорах, есть ли вообще в природе такая профессия, не следует ли считать изобретательство некой склонностью натуры. (Замечу в скобках, что относительно людей, сочиняющих не машины, а музыку, например, подобные споры были оставлены еще до рождения Моцарта.)

И пошло-поехало…

Джеймс долго обдумывал будущую свою жизнь и решил искать себя в призвании оптика или инструментальщика, где-то рядом с «умной» и деликатной техникой. Научить его такому ремеслу не только в Гриноке, но и во всей Шотландии было некому, и 19-летний Джеймс отправился в Лондон. Двенадцать дней верхом добирался он до столицы и поступил затем учеником в мастерскую, изготовлявшую различные навигационные инструменты. Он работал очень много и, по словам биографов, едва ли более двух раз ходил гулять по лондонским улицам за год своего ученичества.

Через год он возвращается в Глазго, где с трудом основывает механическую мастерскую, а затем назначается мастером-инструментальщиком при университете. «Все молодые люди в университете,— пишет Робинсон,— сколько-нибудь интересовавшиеся наукой, были знакомы с Уаттом; его комната скоро сделалась постоянным местом сборов, куда всякий шел со всевозможными вопросами и недоумениями далеко не механического только характера: языкознание, древности, все естественные науки, даже поэзия, литература и критика — все обсуждалось здесь с одинаковым интересом и горячностью». Уатт словно был заряжен в те годы неким гигантским умственным зарядом, для которого необходимо было отыскать достойную его цель.

И цель отыскалась. Все началось с того, что в 1764 году один из профессоров Глазговского университета поручил Уатту отремонтировать модель паровой машины Ньюкомена. Джеймс приступил к делу без особого вдохновения. Но, возясь с моделью и встретив ряд трудностей, он по обыкновению задумался над их природой и вскоре понял, что виной всему вовсе не эта конкретная злосчастная модель, а сами принципы, на которых она была построена. Это уже интересно! Он начал работать. И вот однажды...

К Уатту приходит успех

«Субботний день (1765 год) был чудесен, и я отправился на прогулку,— вспоминал потом Уатт.— Все мои мысли были сосредоточены на решении занимавшей меня проблемы. Подошел к дому пастуха, и в этот момент в голове у меня мелькнула мысль: поскольку пар является эластичным телом, он ринется в вакуум. Если между цилиндром и выхлопным устройством будет существовать соединение, то пар проникнет туда. Именно там его можно будет конденсировать, не охлаждая при этом цилиндра... Когда я дошел до Гольфхауза, в моей голове сложилось полное представление о том, что необходимо было сделать».

Уатт построил модель, которую и сегодня можно увидеть в Лондонском научном музее. 240 лет назад (всего 240 лет!), 9 января 1769 года, он получил патент на «способы уменьшения потребления пара и вследствие этого — топлива в огневых машинах».

А дальше жизнь его можно представить в виде двух неравных половин. Большую составляли периоды поиска средств для совершенствования паровой машины. Он искал компаньонов; а когда не находил их, вынужден был впрягаться — точнее не скажешь — в работу, к которой его сердце не лежало, которая была ему противна.

Это тоже начиналось и продолжалось по Уатту

«Ничего не может быть позорнее для человека, как браться не за свое дело,— в отчаянии пишет он, работая на строительстве спроектированного им канала.— ...Я до крайности апатичен, мои рабочие не исполняют своих обязанностей, клерки и приказчики надувают меня, я имею несчастье видеть и понимать это... Я лучше бы согласился встретить лицом к лицу заряженную пушку, чем заключать торговые договоры и сводить счеты. Короче говоря, как только мне приходится делать что-нибудь с людьми, так я не на своем месте, для инженера совершенно достаточно одной природы, чтобы бороться с ней и видеть, как она на каждом шагу одолевает его».

Но были у него и счастливые дни. Компаньоны берут на себя всю ненавистную для него документацию, освобождают от вечного страха безденежья, и он работает: набрасывает эскиз пароходного винта, придумывает микрометр, изобретает центробежный регулятор и механизм, названный «параллелограммом Уатта», которым он очень гордился. Но главное — все эти годы он совершенствует свою машину. В 1782 году Уатт получает патент на паровой двигатель с расширением, а спустя два года — на универсальный паровой двигатель.

Сначала медленно, затем все быстрее растет признание его детища. Машину покупают хозяева шахт, владельцы рудников, директора заводов. И снова тут сталкивается он с изнанкой своего труда — машина-идея оборачивается теперь машиной-чистоганом: никакие технические тонкости, оригинальные конструкторские решения не интересуют его покупателей, только прибыли. Они подозревают обман везде. Одному промышленнику даже показалось, что купленная им машина шумит меньше, чем та, которую приобрел его коллега, и он разволновался. По этому поводу Уатт замечает: «Невеждам шум внушает идею силы, а скромность в машине им так же мало понятна, как и в людях...»

Метью Болтон (слева) стал верным компаньоном Уатта

Уатту деятельно помогает Метью Болтон, крупный промышленник, первым разгадавший гений Уатта, человек большой энергии и высоких человеческих качеств. На заводах Болтона строятся новые «огненные машины», новые идеи изобретателя проверяются в прекрасно оснащенных мастерских, где работают первоклассные мастера и рабочие едва ли не самой высокой в мире квалификации. Болтон был одним из тех, кому Англия обязана многолетним званием «мастерской мира». Компанию Болтона и Уатта наследуют затем их сыновья…

…Наступают долгожданные дни, когда изобретение начинает вознаграждать своего изобретателя. Его заслуги признаны, он член Королевского общества и зарубежных академий, он покупает поместья и может не думать теперь о завтрашнем куске хлеба. Он заглядывает в зеркало: седина. Молодость его пролетела вихрем. Вот уже выросли дети...

…Вряд ли он был счастлив в семейной жизни, хотя друзья его писали, что он был нежнейшим отцом. Он похоронил жену, которую очень любил, когда ему было 37 лет. Женился во второй раз и быстро оказался под каблуком у новой хозяйки дома. Даже собаку приучила она вытирать лапы о бесчисленные половички и могла приказать слуге гасить свечи, когда в гостиной засиживались его друзья. Только в своей мастерской был он хозяином…

Печаль и успех сопровождали Уатта до последних дней

В конце жизни он много путешествует, часто наезжает в родные места, в Шотландию, ведет обширную переписку, помогает советами молодым изобретателям…

…Его старость была одинокой. Из шести детей пережил отца лишь один - старший сын, умирали друзья, словно листья опадали с прежде такого зеленого и шумящего древа его жизни. Удивительно, но к старости здоровье его резко поправилось, он забыл о головных болях, голова была всегда свежей и ясной, а тело бодрым. Поэтому, когда однажды он почувствовал легкое недомогание, он понял, что наступил его час. Он встретил смерть спокойно, потому что знал, что долг его перед потомками исполнен…

По материалам сайта «Ахмад Ти» подготовил Константин Хиценко

19 января 1736 года родился выдающийся шотландский инженер, изобретатель-механик Джеймс Уатт, труды которого положили начало промышленной революции сначала в Англии, а затем и во всем мире. Мы решили рассказать о пяти изобретениях Уатта.

Паровая машина

В полном смысле этого слова Джеймс Уатт не был первым человеком, который изобрел паровую машину. Подобное устройство было описано Героном Александрийским в I веке н.э. Реальная паровая турбина была изобретена намного позже, в средневековом Египте, арабским инженером XVI века, который предложил метод вращения вертела силой потока пара, направляемого на лопасти, закрепленные по ободу колеса. Джеймс Уатт изобрел универсальную паровую машину, усовершенствовав паровую машину Ньюкомена, которую во времена Уатта использовали для откачки воды из угольных шахт. Первым таким значительным новшеством стала изолированная камера для конденсации: 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. Следующее усовершенствование было направлено на то, чтобы заставить поршень в цилиндре совершать полезную работу не за счет атмосферного давления, а с помощью давления пара. Позднее он также изолировал паровой цилиндр, а в 1782 году изобрел машину двойного действия, которая позволила увеличить производительность паровой машины в четыре раза, что дало 75% экономию в себестоимости угля. В дополнение к другим различным усовершенствованиям паровой машин Уатт также изобрел центробежный регулятор, при помощи которого осуществлялся автоматический контроль за скоростью машины, манометр и дроссельный клапан.

Видео

Паровой молот

Помимо паровой машины и усовершенствований для нее, Уатт также изобрел паровой молот. Патент на него изобретатель получил в 1784 году, сразу после получения патента на паровую машину. Это приспособление оснащалось маховым колесом, для привода распространенного в то время рычажного молота. Первый из молотов Уатта весил 54,5 килограмм и поднимался на высоту 8 дюймов (203 миллиметра). Затем Уатт построил рычажный паровой молот с весом падающих частей около 380 килограмм, производивший 300 ударов в минуту. Паровой молот был одной из важнейших машин своего времен и господствовал в машиностроении на протяжении 90 лет.

Копировальный пресс

В 1780 году Уатт изобрел и запатентовал портативный копировальный пресс, который состоял из коробки, в которой были отделения для карандашей, ручки, линейки и бумаги, а также специальный отсек для копировальной бумаги. В металлизированной коробке был запас краски и воды на 24 листа копирования. Для зажима листа оригинала использовалась металлическая крышка. До начала работы копировальные листы 12 часов выдерживались в специальном составе. Фактическое копирование производилось поворотом ручки аппарата, вращавшей два латунных валика, расположенных в нижней части корпуса. Оригинал документа помещался на копировальную пластину между подъемными крышками. Его прижимали к влажной копировальной бумаге для получения оттиска, и, таким образом, на копировальных листах получалась зеркальная копия документа, которая после 24 часов сушки была готова к использованию. Компания, основанная Уаттом, выпускала подобные машины до конца XIX века, ее использовали в своей работе такие известные люди, как Бенджамин Франклин, Джордж Вашингтон и Томас Джефферсон.

В преклонных годах изобретатель также трудился над машиной для копирования скульптурных произведений, эйдографом — механическим приспособлением, позволяющим с высокой точностью копировать барельефы, медальоны, статуи и прочие вещи самой сложной формы.

Видео

Параллелограмм Уатта

Механизм, изобретенный Уаттом в 1784 году для придания поршню паровой машины прямолинейного движения. Параллелограмм состоит из двух горизонтальных рычагов, шарнирно прикрепленных к концам вертикального рычага, который закреплен в центре балки моста и имеет возможность вращения. За счет поворота вертикального рычага компенсируется неравномерность движения в поворотах. В наши дни используется на задней оси в некоторых автомобильных подвесках.

Измерение мощности

В качестве измерения мощности Уатт предложил использовать понятие «лошадиная сила». Эта единица измерения использовалась при большинстве расчетов до 1882 года, пока Британская ассоциация инженеров решила назвать единицу мощности именем Уатта — Ватт. Это был первый в истории техники случай присвоения собственного имени единице измерения.

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.

Примерно в это же время в Англии над созданием паровой машины работал шотландец Джеймс Уатт .

Начиная с 1763 года он занимался усовершенствованием малоэффективной пароатмосферной машины 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. Каким же образом избежать этого? Ответ пришел к Уатту воскресным весенним днем 1765 года. Он понял, что цилиндр может постоянно оставаться горячим, если до конденсации отводить пар в отдельный резервуар через трубопровод с клапаном. Более того, цилиндр может оставаться горячим, а конденсор холодным, если снаружи их покрыть теплоизоляционным материалом.

Кроме того Уатт сделал еще несколько усовершенствований, окончательно превративших пароатмосферную машину в паровую. В 1768 году он подал прошение о патенте на свое изобретение. Патент он получил, но построить паровую машину ему долго не удавалось. И только в 1776 году паровая машина Уатта была, наконец, построена и успешно прошла испытание. Она оказалась вдвое эффективнее машины Ньюкомена.

В 1782 году Уатт создал новую замечательную машину - первую универсальную паровую машину двойного действия . Крышку цилиндра он оснастил изобретенным незадолго до того сальником, который обеспечивал свободное движение штока поршня, но предотвращал утечку пара из цилиндра. 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 для приведения в действие машин и станков прядильных и ткацких фабрик, а позже и других промышленных предприятий. Таким образом, паровая машина Уатта стала изобретением века, положившим начало промышленной революции.

В 1785 году одна из первых машин Уатта была установлена в Лондоне на пивоваренном заводе Сэмюэла Уитбреда для размалывания солода. Машина выполняла работу вместо 24 лошадей. Диаметр ее цилиндра равнялся 63 см, рабочий ход поршня составлял 1,83 м, а диаметр маховика достигал 4,27 м. Машина сохранилась до наших дней, и сегодня ее можно увидеть в действии в сиднейском музее "Пауэрхауз". Двигатель Уатта годился для любой машины, и этим не замедлили воспользоваться изобретатели самодвижущихся механизмов.