詹姆斯·瓦特简介
詹姆斯·瓦特(James Watt,1736年1月19日 — 1819年8月25日)英国发明家,第一次工业革命的重要人物。
1776年制造出第一台有实用价值的蒸汽机。以后又经过一系列重大改进,使之成为“万能的原动机”,在工业上得到广泛应用。他开辟了人类利用能源新时代,使人类进入“蒸汽时代”。后人为了纪念这位伟大的发明家,把功率的单位定为“瓦特”(简称“瓦”,符号W)。
家世背景
1736年1月19日詹姆斯·瓦特出生于
苏格兰格拉斯哥附近,克莱德河湾(Firth of Clyde)上的 港口小镇格林诺克。瓦特的【趣探网】 瓦特的 母亲Agnes Muirhead出身于 一个贵族家庭并受过 良好的 教育。他 们都属于 长老会并且 是 坚定的 誓约派。尽管瓦特出自于 宗教家庭,但 他后来还是 成为了 自然 神论者 。
父亲是 熟练的 造船工人并拥有 自己的 船只与 造船作坊,还是 小镇的 官员。瓦特小时候因为身体较弱去学校的时间不多,主要的
教育都是由母亲在 家里进行。 瓦特从小就表现出了 精巧的 动手能力以及数学上的 天分,并且 接受了 很多苏格兰民间传说与 故事。早年经历
瓦特17岁的
时候,母亲去世了 ,而父亲的生意开始走下坡路。瓦特到伦敦的 一家仪表修理厂作了 一年的 徒工,然 后回到苏格兰格拉斯哥打算开一家自己的 修理店。尽管当时苏格兰还没有 类似的 修理店,但 是 由于 他 没有 做够要求的 7年徒工,他 的 开店申请还是 被格拉斯哥的 锤业者 行会(管理所 有 使用锤子的 工匠)拒绝了 。1755年瓦特离开苏格兰,到伦敦寻求仪器制造匠的培训。
他被康西尔的约翰·摩根所接纳。求学经历
1757年,格拉斯哥大学的
教授提供给瓦特一个机会,让他 在 大学里开设了 一间小修理店,这帮助瓦特走出了 困境。 其中的 一位教授,物理学家与 化学家约瑟夫 ·布莱克(Joseph Black)更是 成了 瓦特的 朋友与 导师。1757年格拉斯哥大学任命瓦特为其正式“数学仪器制造师”,并在校园里安排了一个车间。
改良蒸汽机
瓦特的
小店开业5年后,在 朋友罗宾逊教授的 引导下,瓦特开始了 对蒸汽机的 实验。 直到此时,瓦特也 还从未亲眼见过 一台可以运转的 蒸汽机,但 是 他 开始建造自己的 蒸汽机模型。初步的 实验失败了 ,但 是 他 坚持继续实验并且 阅读了 所 有他 能找到的 有 关蒸汽机的 材料,独立地 发现了 潜热的 重要性(尽管这在 好几年前就被布莱克教授发现了 ,但 瓦特当时并不知情)。1763年,瓦特得知格拉斯哥大学有
一台纽科门蒸汽机(Newcomen steam engine),但 是 正在伦敦修理,他 请求学校取回了 这台蒸汽机并亲自进行了 修理。 修理后这台蒸汽机勉强可以工作,但 是 效率很低。经过 大量实验,瓦特发现效率低的 原因是由于 活塞每推动一次,气缸里的 蒸汽都要先冷凝,然 后再加热进行下一次推动,从而使得蒸汽80%的 热量都耗费在 维持气缸的 温度上面。1763-1765年瓦特在修理纽科门泵时,设计冷凝器解决效率低的问题,罗巴克把瓦特的发明用于商业上。
1765年,瓦特取得了
关键性的 进展,他想到将冷凝器与 气缸分离开来,使得气缸温度可以持续维持在 注入的 蒸汽的 温度,并在 此基础上很快建造了 一个可以连续运转的 模型。但是要想建造一台实际的蒸汽机还有很长的路要走。
首先是
资金,布莱克教授提供了 一些帮助,但 更多的 资助来自于 约翰·罗巴克(John Roebuck)。罗巴克是 一位成功的 企业家,著名的 卡伦钢铁厂的 拥有 者 ,在罗巴克的 赞助下,瓦特开始了 新式蒸汽机的 试制,并成为新公司的 合伙人。试制中的
主要困难还在于 活塞与 气缸的 加工制造工艺上。当时的 工艺水平下钢铁工人更像是 铁匠而不是机械师,所 以制造的结果很不满意。此外由于 当时的 相关专利申请需要国会的 认可,大部分的资金都花费在 相关程序上。由于 资金的 短缺,瓦特不得不另找了 一份运河测量员的 工作,并一干就是 8年。这之后,罗巴克破产,相关专利都由伯明翰一间铸造厂老板马修·博尔顿接手。瓦特与
博尔顿从此开始了 他 们之间长达25年的 成功合作。与
博尔顿的 合作,使得瓦特得到了更好的 设备资金以及技术上的 支持,特别是在 加工制造工艺方面。新型蒸汽机制造的 一个主要困难在 于 活塞与 大型气缸的 密合,这个问题最终被约翰·威尔金森(John Wilkinson)解决,他 在 改进加农炮的 制造时提出了 一种新的 精密镗孔加工技术,可以用于 蒸汽机的 制造。1774年瓦特将自己设计的蒸汽机投入生产。
1776年博尔登-瓦特蒸汽机在波罗姆菲尔德煤矿首次向公众展示其工作状态。
1776年,终于
第一批新型蒸汽机制造成功并应用于 实际生产。这批蒸汽机由于 还只能提供往复直线运动而主要应用于 抽水泵上。在之后的 5年中,瓦特赢得了 大量的 订单并忙于 奔波于 各个矿场之间安装由这种新型蒸汽机带动的 水泵。在 博尔顿的 要求下,瓦特开始继续研究如 何将蒸汽机的 直线往复运动转化为圆周运动,以便使得蒸汽机能为绝大多数机器提供动力。一个显而易见的 解决办法是 通过 曲柄传动,但 是 该项专利所 有 人,约翰·斯蒂德(John Steed)要求同时分享瓦特此前的 分离冷凝器的 专利,这一要求被瓦特坚决地 拒绝了 。1781年,瓦特公司的
雇员威廉·默多克(William Murdoch)发明了 一种称为“太阳与 行星”的 曲柄齿轮传动系统,并以瓦特的 名义成功申请了 专利。这一发明绕开了 曲柄专利的 限制,极大地 扩展了 蒸汽机的 应用。之后的 6年里,瓦特又 对蒸汽机作了 一系列改进并取得了 一系列专利:发明了 双向 气缸,使得蒸汽能够从两端进出从而可以推动活塞双向运动,而不是 以前那样只能单向 推动;使用节气阀门与 离心节速器来控制气压与 蒸汽机的运转;发明了 一种气压示工器来指示蒸汽状况;发明了 三连杆组保证气缸推杆与 气泵的 直线运动。由于 担心0的危险以及泄露问题,瓦特的早期蒸汽机都是 使用低压蒸汽,后来才引进了高压蒸汽。所 有 这些革新结合到一起,使得瓦特的 新型蒸汽机(联协式蒸汽机)的 效率是 过去的 纽科门蒸汽机的 5倍。1782年瓦特的双向式蒸汽机取得专利,同年他发明了一种标准单位:马力。
1782年,韦奇伍德在伊特鲁里亚陶瓷厂大规模采用博尔顿——瓦特铸造厂生产的
联协式蒸汽机和 伯明翰厂生产的 动力机床,进行机械化陶瓷生产。1784年,瓦特对联协式蒸汽机进行了
改进,增加了 一种自动调节蒸汽机速率的 装置,使它能适用于 各种机械的 运动。从此之后,纺织业、采矿业、冶金业、造纸业等 工业部门,都先后采用蒸汽机做为动力。1785年以后,瓦特改进的蒸汽机首先在纺织部门投入使用,受到广泛欢迎。
1794年,瓦特与
博尔顿合伙组建了 专门制造蒸汽机的 公司。在 博尔顿的 成功经营下,到1824年就生产了 1165台蒸汽机。瓦特与 博尔顿都赚到了 不少钱。步入晚年
瓦特在
半退休之前也 有 很多其它发明,比如 他 发明了 一种新的 利用望远镜测距的 方法,一种新的 透印印刷术,对油灯进行了 改进,蒸汽碾压机以及延续至今的 机械图纸着 色法。1800年瓦特的
专利与 博尔顿的 合作到期,他 于 同年退休。但 他 们的 合作延续到下一代,马修·博尔顿与 小詹姆斯·瓦特继续合作,同时吸收了 威廉·默多克为合伙人,保证了 了 公司的 持续成功。瓦特退休后曾与 他 的 第二任妻子到法国与 德国旅行,并且 在 威尔士购买了 一所 住宅。1819年8月25日,83岁的
瓦特于 英国斯塔福德郡汉兹沃斯(Handsworth, Staffordshire)的 家中去世。个人生活
瓦特心思细腻,做事动作迟缓并且非常容易焦虑。他
常常会灰心丧气。他 会将工作放到一边,感觉好像要彻底放弃了 ,但 他 的 想象力丰富,总是 能想到新的 改进方法,以至于 很多时候都来不及一一完成。瓦特的 动手能力很强,并可以完成系统的 科学的 测定,以量化自己的 革新效果,帮助自己的 理解。瓦特是
一个绅士,为其他 工业革命时期的 知名人士所 尊重。他 是 伯明翰工业家与 科学家组织的 “月亮社”的 重要成员,总是 对新的领域表现出极大的 兴趣,被认为是 很好的 社交伙伴。但 他 对商业经营却基本一窍不通,特别讨厌与 那些有 兴趣使用他 的 蒸汽机的 人讨价还价或谈判合同。直到他 退休时,他 都一直对自己的 财物状况感到不安。他 的 合作者 与 朋友都是 些意气相投的 伙伴并能保持长久的 友谊。1767年,瓦特与
表妹玛格丽特·米勒(Margaret Miller)结婚,此后他 们共养育了 5个孩子,其中有 2个活到了 成年。[瓦特在
原有 的 原有 蒸汽机基础上发明的 新式蒸汽机结构,在 这之后的 50年之内几乎 没有 什么改变。瓦特蒸汽机发明的 重要性是 难以估量的 ,它被广泛地 应用在 工厂成为几乎 所 有 机器的 动力,改变了 人们的 工作生产方式,极大地 推动了 技术进步并拉开了 工业革命的序幕。它使得工厂的 选址不必再依赖于 煤矿而可以建立在 更经济更有 效的 地 方,也 不必依赖于 水能从而能常年地 运转,这进一步促进了 规模化经济的 发展,大大提高了 生产率的 同时也 使得商业投资更有 效率。蒸汽机为一系列精密加工的革新提供了
可能,更高的 工艺保证各种机器包括蒸汽机本身的 性能提高。经过 不断的 努力,引入更高气压的 蒸汽,蒸汽火车蒸汽轮船便很快相继问世。