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”。【粉丝网】 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。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。