James Watt (Polski)

Kiedy miał 18 lat zmarła jego matka, a zdrowie ojca zaczęło się pogarszać. Watt wyjechał do Londynu i był w stanie uzyskać roczny okres szkolenia jako wytwórca instrumentów (1755/56) , a następnie wrócił do Szkocji, osiedlając się w głównym mieście handlowym Glasgow, z zamiarem założenia własnej firmy produkującej instrumenty. Był jeszcze bardzo młody i nie mając pełnego stażu, nie miał zwykłych kontaktów z byłym mistrzem, aby się osiedlić Watt został uratowany z tego impasu przez przybycie z Jamajki instrumentów astronomicznych przekazanych przez Alexandra Macfarlanea Uniwersytetowi w Glasgow, które wymagały fachowej uwagi. Watt przywrócił je do sprawny i został wynagrodzony. Instrumenty te zostały ostatecznie zainstalowane w Obserwatorium Macfarlane. Następnie trzech profesorów zaoferowało mu możliwość założenia małego warsztatu na uniwersytecie. Został zainicjowany w 1757 roku, a dwóch profesorów, fizyk i chemik Joseph Black, a także słynny Adam Smith, zostało przyjaciółmi Watta.

Początkowo pracował nad konserwacją i naprawą instrumentów naukowych używanych w uniwersytet, pomagając w demonstracjach i rozszerzając produkcję kwadrantów. Wykonał i naprawił między innymi mosiężne odbijające ćwiartki, równoległe linijki, wagi, części do teleskopów i barometrów.

Czasami jest to fałszywie stwierdzone że walczył o osiedlenie się w Glasgow z powodu sprzeciwu ze strony Trades House, ale ten mit został całkowicie obalony przez historyka Lumsdena. Zapisy z tego okresu zaginęły, ale wiadomo, że był w stanie pracować i handlować całkowicie normalnie jako wykwalifikowany robotnik metalowy, więc Incorporation of Hammermen musiała być usatysfakcjonowana, że spełnił wymagania członkostwa. Wiadomo również, że inne osoby z branży metalowej były ścigane za pracę bez bycia członkami e Włączenie do XIX wieku, więc zasady były zdecydowanie egzekwowane, kiedy Watt prowadził wolny handel w całym mieście.

W 1759 roku założył spółkę z Johnem Craigiem, architektem i biznesmenem, aby produkować i sprzedawać linia produktów, w tym instrumenty muzyczne i zabawki. Partnerstwo to trwało przez następne sześć lat i zatrudniało do szesnastu pracowników. Craig zmarł w 1765 roku. Jeden z pracowników, Alex Gardner, ostatecznie przejął firmę, która trwała do XX wieku.

W 1764 roku Watt poślubił swoją kuzynkę Margaret (Peggy) Miller, z którą miał pięcioro dzieci , z których dwóch dożyło dorosłości: James Jr. (1769–1848) i Margaret (1767–1796). Jego żona zmarła przy porodzie w 1772 r. W 1777 r. Ponownie ożenił się z Ann MacGregor, córką farbiarza z Glasgow, z którą miał dwoje dzieci: Gregoryego (1777–1804), który został geologiem i mineralogiem oraz Janet. (1779-1794). Ann zmarła w 1832 roku. W latach 1777-1790 mieszkał w Regent Place w Birmingham.

Watt i czajnik

Istnieje popularna historia, że Watt został zainspirowany do wynalezienia silnika parowego przez widząc gotujący się czajnik, para zmuszająca pokrywę do podniesienia się, pokazując w ten sposób Wattowi moc pary. Ta historia jest opowiadana w wielu formach; w niektórych Watt jest młodym chłopcem, w innych jest starszy, czasami jest to czajnik „matki”, czasem jego ciotka. Watt nie wynalazł maszyny parowej, jak sugeruje historia, ale radykalnie poprawił wydajność istniejący silnik Newcomen poprzez dodanie oddzielnego skraplacza. Trudno to wytłumaczyć komuś, kto nie jest zaznajomiony z koncepcjami wydajności cieplnej i cieplnej. Wydaje się, że historia została stworzona, prawdopodobnie przez syna Watta, Jamesa Watta Jr., i utrzymuje się, ponieważ jest łatwy do zrozumienia i zapamiętania przez dzieci. W tym świetle można ją postrzegać jako podobną do historii Izaaka Newtona i spadającego jabłka oraz jego odkrycia grawitacji.

Chociaż często odrzuca się ją jako mit, historia Watta i czajnika ma w rzeczywistości. Próbując zrozumieć termodynamikę ciepła i pary, James Watt przeprowadził wiele eksperymentów laboratoryjnych, a w swoich pamiętnikach zapisał, że podczas ich przeprowadzania używał czajnika jako kotła do wytwarzania pary.

Wczesne eksperymenty z parą

W 1759 r. przyjaciel Watta, John Robison, zwrócił swoją uwagę na wykorzystanie pary jako źródła siły napędowej.Konstrukcja silnika Newcomen, używanego przez prawie 50 lat do pompowania wody z kopalń, prawie się nie zmieniła od pierwszego wdrożenia. Watt zaczął eksperymentować z parą, chociaż nigdy nie widział działającego silnika parowego. Próbował zbudować model; nie zadziałało zadowalająco, ale kontynuował swoje eksperymenty i zaczął czytać wszystko, co mógł na ten temat. Zdał sobie sprawę, jak ważne jest ciepło utajone – energia cieplna uwalniana lub pochłaniana podczas procesu stałej temperatury – w zrozumieniu silnika, którego Wattowi nie znali jego przyjaciel Joseph Black. Zrozumienie silnika parowego było w bardzo prymitywnym stanie, ponieważ nauka termodynamiki nie zostanie sformalizowana przez prawie 100 lat.

W 1763 roku Watt został poproszony o naprawę modelowego silnika Newcomen należącego do uniwersytetu. . Nawet po naprawie silnik ledwo działał. Po wielu eksperymentach Watt wykazał, że około trzy czwarte energii cieplnej pary było zużywane na ogrzewanie cylindra silnika w każdym cyklu. Ta energia została zmarnowana, ponieważ w dalszej części cyklu do cylindra wstrzyknięto zimną wodę w celu skroplenia pary i zmniejszenia jej ciśnienia. W ten sposób przez wielokrotne podgrzewanie i chłodzenie cylindra, silnik marnował większość swojej energii cieplnej, zamiast zamieniać ją na energię mechaniczną.

Krytyczny spostrzeżenie Watta, do którego doszedł w maju 1765 roku, polegał na tym, że para skraplać się w oddzielnej komorze poza tłokiem i utrzymywać temperaturę cylindra na tym samym poziomie, co wtryskiwana para, otaczając go „płaszczem parowym”. W ten sposób bardzo mało energii zostało pochłonięte przez cylinder w każdym cyklu, dzięki czemu bardziej dostępne do wykonania pożytecznej pracy. Watt miał działający model jeszcze w tym samym roku.

Pomimo potencjalnie wykonalnego projektu, nadal istniały znaczne trudności w skonstruowaniu pełnowymiarowego silnika. Wymagało to więcej apital, z których część pochodziła od Blacka. Bardziej znaczące wsparcie pochodziło od Johna Roebucka, założyciela słynnej Carron Iron Works w pobliżu Falkirk, z którą utworzył teraz spółkę. Roebuck mieszkał w Kinneil House w Boness, w którym to czasie Watt pracował nad udoskonalaniem swojej maszyny parowej w przylegającej do domu chacie. Szkielet chaty i bardzo duża część jednego z jego projektów wciąż istnieją z tyłu .

Główna trudność polegała na obróbce tłoka i cylindra. Hutnicy w tamtych czasach byli bardziej jak kowali niż współcześni mechanicy i nie byli w stanie wyprodukować elementów z wystarczającą precyzją. Dużo kapitału wydano na wykonanie patent na wynalazek Watta. Przywiązany do zasobów Watt został zmuszony do podjęcia pracy – najpierw jako geodeta, a następnie jako inżynier budownictwa lądowego – na osiem lat.

Roebuck zbankrutował, a Matthew Boulton, właściciel fabryki Soho Manufactory niedaleko Birmingham uzyskał prawa patentowe. Przedłużenie patentu do 1800 roku zostało pomyślnie uzyskane w 1775 roku.

Dzięki Boulton Watt w końcu uzyskał dostęp do jednych z najlepszych hutników na świecie. Trudność w produkcji dużego cylindra z ciasno dopasowanym tłokiem rozwiązał John Wilkinson, który opracował precyzyjne techniki wytaczania armat w Bersham, niedaleko Wrexham w Północnej Walii. Watt i Boulton utworzyli niezwykle udaną współpracę Boulton and Watt, która trwała przez następne dwadzieścia pięć lat.

Pierwsze silniki

W 1776 roku pierwsze silniki zostały zainstalowane i pracowały w przedsiębiorstwach komercyjnych. Te pierwsze silniki były używane do napędzania pomp i wytwarzały tylko ruch posuwisto-zwrotny, aby przesuwać pręty pompy na dole wału. Projekt odniósł sukces komercyjny i przez następne pięć lat Watt był bardzo zajęty instalowaniem większej liczby silników, głównie w Kornwalii do wypompowywania wody z kopalni.

Te wczesne silniki nie były produkowane przez Boulton i Watt, ale były wykonane przez innych na podstawie rysunków wykonanych przez Watta, który pełnił rolę inżyniera konsultanta. Montaż silnika i jego demontaż był najpierw nadzorowany przez Watta, a następnie przez ludzi zatrudnionych w firmie. Były to duże maszyny. Pierwsza, na przykład, miała cylinder o średnicy około 50 cali i jeden całkowita wysokość około 24 stóp i wymagała budowy specjalnego budynku, aby go pomieścić. Boulton i Watt pobierali roczną opłatę równą jednej trzeciej wartości zaoszczędzonego węgla w porównaniu z silnikiem Newcomen wykonującym tę samą pracę.

Obszar zastosowań wynalazku został znacznie rozszerzony, gdy Boulton namówił Watta do przekształcenia ruchu posuwisto-zwrotnego tłoka w celu wytworzenia siły obrotowej do szlifowania, tkania i frezowania. Chociaż korba wydawała się oczywistym rozwiązaniem konwersji, Watt i Boulton zostali powstrzymani przez patent na to, którego posiadacz, James Pickard i współpracownicy zaproponowali krzyżową licencję na zewnętrzny kondensator. Watt stanowczo sprzeciwiał się temu i w 1781 r. Omijali patent dzięki przekładni słonecznej i planetarnej.

W ciągu następnych sześciu lat wprowadził szereg innych ulepszeń i modyfikacji silnika parowego. Silnik dwustronnego działania, w którym para działała naprzemiennie po obu stronach tłoka, był jednym. Opisał metody działania pary „ekspansywnie” (tj. Przy użyciu pary pod ciśnieniem znacznie powyżej atmosferycznego). Opisano silnik złożony, który łączył dwa lub więcej silników. W latach 1781 i 1782 przyznano na nie dwa kolejne patenty. Ciągle wprowadzano wiele innych ulepszeń, które ułatwiały produkcję i instalację. Jednym z nich było użycie wskaźnika pary, który tworzył informacyjny wykres ciśnienia w cylindrze w stosunku do jego objętości, który zachował jako tajemnicę handlową. Innym ważnym wynalazkiem, z którego Watt był najbardziej dumny, był ruch równoległy, który był istotny w silnikach dwustronnego działania, ponieważ zapewniał ruch w linii prostej wymagany dla tłoczyska cylindra i pompy, z połączonej belki wahliwej, której koniec porusza się w okrągły łuk. Zostało to opatentowane w 1784 roku. Zawór dławiący kontrolujący moc silnika oraz regulator odśrodkowy, opatentowany w 1788 roku, aby zapobiec „ucieczce” silnika, były bardzo ważne. Te ulepszenia razem wzięte dały silnik, który był do pięciu razy bardziej wydajny w zużyciu paliwa niż silnik Newcomen.

Ze względu na niebezpieczeństwo wybuchu kotłów, które były na bardzo prymitywnym etapie rozwoju, Watt ograniczył stosowanie pary pod wysokim ciśnieniem – wszystkie jego silniki wykorzystywały parę o ciśnieniu zbliżonym do atmosferycznego.

Próby patentowe

Edward Bull zaczął konstruować silniki dla Boulton i Watt w Kornwalii w 1781 r. W 1792 r. zaczął produkować silniki własnego projektu, które zawierały oddzielny skraplacz, co naruszyło patenty Watta. Dwóch braci, Jabez Carter Hornblower i Jonathan Hornblower Jnr, również zaczęli budować silniki w tym samym czasie. Inni zaczęli modyfikować silniki Newcomen poprzez dodanie skraplacza, a właściciele kopalni w Kornwalii byli przekonani, że patent Watta nie może być wyegzekwowany. Zaczęli wstrzymywać płatności należne Boultonowi i Wattowi, które spadły do 1795 roku. 21 000 (równowartość 2190 000 funtów w 2019 r.), Otrzymano tylko 2500 funtów. Watt został zmuszony do wniesienia sprawy do sądu w celu wyegzekwowania swoich roszczeń.

Po raz pierwszy pozwał Bulla w 1793 roku. , ale kwestia, czy pierwotny opis patentu był ważny, pozostawiono do innego procesu. W międzyczasie przeciwko sprawcom naruszenia wydano nakazy, zmuszając ich płatności tantiem do umieszczenia na rachunku escrow. Proces o ustalenie ważność specyfikacji, które odbyły się w następnym roku, nie była rozstrzygająca, ale nakazy pozostały w mocy, a wszyscy naruszający, z wyjątkiem Jonathana Hornblowera, zaczęli rozstrzygać swoje sprawy. Hornblower został wkrótce postawiony przed sądem i werdykt czterech sędziów (w 1799) był zdecydowanie na korzyść Watta. Ich przyjaciel John Wilkinson, który rozwiązał problem wytaczania dokładnego cylindra, był szczególnie ciężkim przypadkiem. Zbudował około dwudziestu silników bez wiedzy Boultona i Wattsa. Ostatecznie zgodzili się rozstrzygnąć naruszenie w 1796 roku. Boulton i Watt nigdy nie odzyskali wszystkiego, co było im winne, ale wszystkie spory były rozstrzygane bezpośrednio między stronami lub w drodze arbitrażu. Te próby były niezwykle kosztowne zarówno pod względem finansowym, jak i czasowym, ale ostatecznie zakończyły się sukcesem dla firmy.

Kopiarka

Przed 1780 rokiem nie było dobrego metoda wykonywania kopii listów lub rysunków. Jedyną czasami stosowaną metodą była metoda mechaniczna z połączonymi wieloma pisakami. Watt początkowo eksperymentował z ulepszeniem tej metody, ale wkrótce zrezygnował z tego podejścia, ponieważ było tak uciążliwe. Zamiast tego zdecydował się spróbować fizycznie przenieść trochę atramentu z przedniej strony oryginału na tył innego arkusza, zwilżony rozpuszczalnikiem i dociśnięty do oryginału. Drugi arkusz musiał być cienki, aby można było przez niego widzieć atrament, gdy kopia była trzymana pod światło, a tym samym dokładnie odwzorowywać oryginał.

Watt zaczął opracowywać proces w 1779 roku i przeprowadził wiele eksperymentów w celu sformułowania tuszu, doboru cienkiego papieru, opracowania metody zwilżania specjalnego cienkiego papieru i przygotowania prasy odpowiedniej do nakładania prawidłowe ciśnienie, aby wykonać transfer. Wszystko to wymagało wielu eksperymentów, ale wkrótce osiągnął wystarczający sukces, aby opatentować proces rok później. Watt nawiązał kolejną współpracę z Boultonem (który zapewnił finansowanie) i Jamesem Keirem (do zarządzania biznesem) w firmie o nazwie James Watt and Co. Doskonałość wynalazku wymagała znacznie więcej prac rozwojowych, zanim mogła być rutynowo używana przez innych, ale to był prowadzony przez kilka następnych lat. Boulton i Watt oddali swoje udziały swoim synom w 1794 roku. Odniosły one sukces komercyjny i były szeroko stosowane w biurach nawet w XX wieku.

Eksperymenty chemiczne

Od najmłodszych lat Watt był bardzo zainteresowany chemią. Pod koniec 1786 roku, będąc w Paryżu, był świadkiem eksperymentu Bertholleta, w którym poddał on reakcji kwas solny z dwutlenkiem manganu w celu wytworzenia chloru. Odkrył już, że wodny roztwór chloru może wybielać tkaniny i opublikował swoje odkrycia, które wzbudziły duże zainteresowanie wśród wielu potencjalnych rywali. Kiedy Watt wrócił do Wielkiej Brytanii, rozpoczął eksperymenty w tym kierunku, mając nadzieję na znalezienie komercyjnie opłacalnego procesu. Odkrył, że mieszanina soli, dwutlenku manganu i kwasu siarkowego może wytwarzać chlor, co według Watt może być tańszą metodą. Wprowadził chlor do słabego roztworu zasady i uzyskał mętny roztwór, który wydawał się mieć dobre właściwości wybielające. Wkrótce przekazał te wyniki swojemu teściu Jamesowi McGrigorowi, który był trybuną w Glasgow. W przeciwnym razie starał się zachować swoją metodę w tajemnicy.

Wraz z McGrigorem i jego żoną Annie zaczął zwiększać skalę procesu, aw marcu 1788 roku McGrigor był w stanie wybielić 1500 jardów tkaniny ku swojemu zadowoleniu. Mniej więcej w tym czasie Berthollet odkrył proces solny i kwasu siarkowego i opublikował go, aby stał się powszechnie znany. Wielu innych zaczęło eksperymentować z ulepszeniem procesu, który wciąż miał wiele niedociągnięć, z których nie najmniejszym był problem z transportem ciekłego produktu. Rywale Watta szybko wyprzedzili go w opracowywaniu procesu i odpadł z wyścigu. Dopiero w 1799 r. Charles Tennant opatentował proces produkcji stałego proszku wybielającego (podchlorynu wapnia), który odniósł komercyjny sukces.

W 1794 roku Thomas Beddoes wybrał Watt do produkcji aparatury do produkcji, czyszczenia i przechowywania gazów do użytku w nowym Zakładzie Pneumatycznym w Hotwells w Bristolu. Watt kontynuował eksperymenty z różnymi gazami przez kilka lat, ale do 1797 medyczne zastosowania „sztucznego powietrza” znalazły się w ślepym zaułku.

Osobowość

Watt połączył wiedzę teoretyczną z nauką z możliwością jej praktycznego zastosowania. Humphry Davy powiedział o nim „Ci, którzy uważają Jamesa Watta tylko za wielkiego praktycznego mechanika, tworzą bardzo błędne wyobrażenie o jego charakterze ; był równie wybitny jako filozof przyrodniczy, jak i chemik, a jego wynalazki dowodzą jego dogłębnej znajomości tych nauk oraz tej szczególnej cechy geniuszu, połączenia ich w praktyce ”.

Był bardzo szanowany innych wybitnych ludzi rewolucji przemysłowej. Był ważnym członkiem Towarzystwa Księżycowego, poszukiwanym rozmówcą i towarzyszem, zawsze zainteresowanym poszerzaniem swoich horyzontów. Jego osobiste relacje z przyjaciółmi i partnerami były zawsze sympatyczne i długie -trwałość.

Watt był płodnym korespondentem. Podczas swoich lat spędzonych w Kornwalii kilka razy w tygodniu pisał długie listy do Boulton. Nie chciał publikować swoich wyników, na przykład w Philosophical Transactions of the Jednak Royal Society wolał przekazywać swoje pomysły w patentach. Był doskonałym rysownikiem.

Był raczej kiepskim biznesmenem, a szczególnie nienawidził negocjacji i warunków z tymi, którzy chcieli użyć silnika parowego. W liście do Williama Smalla z 1772 roku Watt wyznał, że „wolałby raczej zmierzyć się z naładowaną armatą niż załatwić konto lub zawrzeć umowę”. Zanim przeszedł na emeryturę, zawsze bardzo przejmował się swoimi sprawami finansowymi i był o wiele bardziej zmartwiony. Często miał słabe zdrowie, często cierpiał na nerwowe bóle głowy i depresję.

Odlewnia Soho

Na początku partnerstwo wykonało rysunki i specyfikacje silników oraz nadzorowało prace nad ich montażem na terenie klienta. Sami wyprodukowali prawie żadnej części. Watt większość swojej pracy wykonywał w swoim domu w Harpers Hill w Birmingham, podczas gdy Boulton pracował w Soho Manufactory. Stopniowo wspólnicy zaczęli produkować coraz więcej części, a do 1795 roku zakupili nieruchomość oddaloną o około milę. z manufaktury Soho, nad brzegiem Kanału Birmingham, w celu założenia nowej odlewni do produkcji silników. Odlewnia Soho została formalnie otwarta w 1796 r. w czasie, gdy synowie Watta, Gregory i James Jr., byli mocno zaangażowani w zarządzanie przedsiębiorstwem. W 1800 roku, roku przejścia na emeryturę Watt, firma wyprodukowała łącznie 41 silników.

Późniejsze lata

Watt przeszedł na emeryturę w 1800 roku, w tym samym roku, w którym jego fundamentalny patent i współpraca z Boultonem wygasła. Słynne partnerstwo zostało przeniesione na synów mężczyzn, Matthew Robinsona Boultona i Jamesa Watt Jr .. Wieloletni inżynier firmy William Murdoch został wkrótce partnerem i firma prosperowała.

Watt nadal wymyślał inne rzeczy przed i podczas jego częściowej emerytury. W swoim domu w Handsworth, Staffordshire, Watt wykorzystywał pomieszczenie na poddaszu jako warsztat i to tutaj pracował nad wieloma swoimi wynalazkami. Między innymi wynalazł i skonstruował kilka maszyn do kopiowania rzeźb i medalionów, które działały bardzo dobrze, ale których nigdy nie opatentował. Jedną z pierwszych rzeźb, które stworzył za pomocą maszyny, była mała głowa jego starego przyjaciela profesora, Adama Smitha. Utrzymał zainteresowanie inżynierią lądową i był konsultantem przy kilku znaczących projektach. Zaproponował na przykład metodę budowy elastycznej rury do pompowania wody pod Clyde w Glasgow.

Wraz z drugą żoną podróżował do Francji i Niemiec, gdzie kupił posiadłość w połowie -Wales at Doldowlod House, jedną milę na południe od Llanwrthwl, który znacznie poprawił.

W 1816 roku wybrał się na wycieczkę parowcem Comet, będącym produktem jego wynalazków, aby ponownie odwiedzić rodzinne miasto Greenock .

Zmarł w wieku 83 lat 25 sierpnia 1819 r. w swoim domu „Heathfield Hall” niedaleko Handsworth w Staffordshire (obecnie część Birmingham). Został pochowany 2 września na cmentarzu St Mary ” s Church, Handsworth. Od tego czasu kościół został rozbudowany, a jego grób znajduje się teraz w kościele.