Кафедра інформатики КПНУ ім. І. Огієнка

Studies in tota vita

Джеймс Ватт шотландський винахідник-механік, член Лондонського королівського товариства, творець універсальної парової машини подвійної дії. Роботи Ватта поклали початок промислової революції спочатку в Англії, а потім і у всьому світі. Його ім'ям названа одиниця потужності Ват та Університет Геріот-Ватт в Единбурзі.

Джеймс Ватт народився 19 січня 1736 року в Гріноку (шотландська область Ренфрюшир), морському порті у затоці Ферт-оф-Клайд. Прадід Дж. Ватта був родом з Абердиншира, займався сільським господарством. Під час громадянської війни 16441647 років він загинув, воюючи на боці ковенантерів. Його земля, майно і будинок були конфісковані, і його сину Томасу, діду Ватта, надали притулок родичі, що жили поблизу Грінока, на березі затоки Ферт-оф-Клайд. Томас Ватт був учителем математики та мореплавства, обіймав посади головного окружного судді, голови церковної ради і перебував на службі в барона Картсбурна. Його син Джеймс, батько майбутнього винахідника, був корабельним теслею, власником суден і підрядником у суднобудуванні, тримав склад корабельних приладь, вів морську торгівлю, сам створював і ремонтував різноманітні прилади і механізми. Для Грінокської пристані він спорудив перший підіймальний кран. Служив також головним цивільним офіцером містечка. Його мати, Агнес Мюргед, походила зі знатної сім'ї і мала добру освіту. Обоє батьків були пресвітеріанами і переконаними ковенантерами.

Через проблеми із здоров'ям спочатку Джеймса вчили вдома. Мати навчила його читати, а письма та арифметики його навчив батько. Потому хлопець пішов до школи, де продемонстрував математичні здібності, однак слабке здоров'я і постійні нездужання поклали цьому край. Будучи підлітком, він захоплювався астрономією, хімічними дослідами, навчився все робити своїми руками, за що отримав від близьких звання «майстра-умільця». Батько подарував йому набір столярних інструментів, і Джеймс виготовляв моделі механізмів і пристроїв, які створював батько. Батьки не наполягали на обов'язковому навчанні в школі, вважаючи, що син сам може навчитися всьому, чого побажає. Дж. Ватт-молодший не мав можливості проводити час в іграх з однолітками, єдиним його заняттям поза домом була рибальство. Більшу частину року він був обмежений стінами своєї кімнати, де навчався самостійно. Товариш його батька, побачивши одного разу, що хлопчик малює на печі крейдою якісь лінії і кути, запитав: «Навіщо Ви дозволяєте дитині витрачати даремно час; чому б не послати його в школу?» Джеймс Ватт-старший відповів: «Не осуджуйте його так швидко; спершу розберіться, чим він зайнятий». Виявилося, що він шукав рішення задачі Евкліда.

Коли Дж. Ватту виповнилося вісімнадцять років, у нього помирає мати. Справи батька, як і його здоров'я, похитнулися, і Ватт був змушений спробувати дбати про себе сам. Було вирішено, що Джеймс займеться ремеслом, пов'язаним з вимірювальними приладами. Оскільки в Шотландії навчитися такому заняттю було проблематично, Ватт на рік вирушає до Лондона. З великими труднощами у 1755 році його взяли на роботу практикантом у компанію Джона Моргана в Лондоні, що займалась виробництвом високоточних інструментів. Фінансові можливості дозволяли йому оплатити лише рік навчання. Таким чином, він опинився в Лондоні на нелегальному становищі, оскільки офіційно в учні його не зарахували (справжнє учнівство вимагало семи років навчання). Ватт, не шкодуючи себе, занурюється в роботу, віддаючи їй всі сили. Почавши з виготовлення звичайних лінійок і циркулів, він швидко переходить до складніших інструментів. Скоро він уже в змозі виготовити квадрант, сектор, теодоліт. Він голодував і майже не виходив з дому: для цього не було часу, бо він цілий день працював на господаря, а вечорами й ранками йому доводилося виконувати роботу на замовлення, щоб якось заробити кошти і на себе. Крім того, оскільки він не мав офіційного статусу «учня», хлопця могли насильно завербувати до військового флоту або ж до флоту Ост-Індської компанії. Дж. Ватту вдалося уникнути призову на Семирічну війну.

Після завершення практики через поганий стан здоров'я він повернувся в Шотландію. Дж. Ватт оселяється у свого дядька по материнській лінії у Глазго і починає займатися виготовленням та ремонтом октантів, паралельних лінійок, барометрів, деталей телескопів та іншого обладнання. Однак спілка ремісників Глазго забороняє Ватту займатись цим видом діяльності, оскільки він по суті не отримав відповідної підготовки згідно з цеховими порядками, навіть не зважаючи на те, що він був єдиним майстром такої кваліфікації у Шотландії.

З безвиході Дж. Ватта рятує випадок. В Університет Глазго надходить партія астрономічних інструментів, основи майбутньої обсерваторії Макфарлейна. Ці інструменти потребували чистки, встановлення та налаштування. Через свого дядька, професора східних мов і латини, Ватт мав знайомство з доктором Дікком, професором природничих наук. Користуючись його заступництвом, Ватт отримує роботу по впорядкуванню інструментарію. Для цього він створює при університеті невелику майстерню. Врешті-решт його було призначено майстром з виготовлення точних та оптичних приладів в Університеті Глазго, де він потоваришував з хіміком і першовідкривачем діоксиду вуглецю Джозефом Блеком, котрий високо цінив талант майбутнього батька промислової революції і брав активну участь у його розробках.

У 1759 році Дж. Ватт вступає в партнерські відносини з архітектором і бізнесменом Джоном Крейгом. Разом вони організовують виробництво різних інструментів, включаючи музичні, та іграшок. Справа швидко набрало обертів, і Ватт позбувся нужди. Попит на продукцію давав хороший дохід, такий, що навіть з'явилася можливість наймати собі помічників (працювало до 16 осіб). Партнерство тривало шість років до смерті Крейга. По цьому один зі співробітників, Алекс Гарднер, врешті-решт взяв на себе бізнес, який проіснував до двадцятого століття.

У 1763 році Дж. Ватт одружується з двоюрідною сестрою Маргарет (Пеґґі) Міллер. З нею він прожив до її смерті при пологах у 1772. У них було п'ятеро дітей, лише двоє з яких дожили до дорослого віку: Джеймс-молодший (17691848) і Маргарет (17671796). Вдруге він одружився у 1777 році з Енн МакҐрегор, з якою у нього було двоє дітей: Ґрегорі (17771804), який став геологом і мінерологом і Дженет (17791794). Енн пережила свого чоловіка, вона померла у 1832 році.

Ще у 1759 році приятель Ватта Джон Робінсон зацікавив його проблемами використання пари як джерела енергії руху[12]. Парова машина Ньюкомена існувала вже п'ятдесят років, знаходячи застосування здебільшого для відпомповування води із шахт, проте за весь цей час вона жодного разу не була вдосконалена, і мало хто розбирався в принципі її роботи. Ватт починає з нуля дослідження по застосуванню пари, оскільки досі не стикався з цим питанням. Проте спроби створити робочу модель апарата закінчилися невдало. Йому вдалось спорудити лише щось на зразок моделі парової машини Севері, використовуючи котел Папена. Однак модель була настільки недосконалою, що Ватт припиняє розробку.

Шлях Ватта до всесвітньої слави почався зі звичайної, рутинної роботи. У 1763 році Джон Андерсон, професор Університету Глазго, доручив йому відремонтувати модель машини Ньюкомена, що використовувалась для помпування води. У нього нічого не виходило, поки Дж. Ватт не зрозумів, що винна не модель, а принципи, закладені в основу її роботи. Стало очевидним, що основний недолік машини Ньюкомена полягав у перемінному нагріванні й охолодженні парового циліндра: кожен наступний хід поршня вимагав нагрівання, з наступним охолодженням водяної пари аж до її конденсації. Ватт показав, що майже три чверті енергії гарячої пари витрачаються неефективно: при кожному циклі пара повинна нагрівати циліндр, бо перед цим у циліндр надходила холодна вода, щоб сконденсувати пару для зменшення тиску. Таким чином енергія пари витрачалася на постійний розігрів циліндра, замість того, щоб бути перетвореною в механічну енергію.

Під час заміської прогулянки йому прийшла в голову думка:

«Оскільки пара є пружним тілом, вона кинеться у вакуум. Якщо між циліндром і вихлопним пристроєм існуватиме сполучення, то пара проникне туди. Саме там її можна буде конденсувати, не охолоджуючи циліндр».

Більше того, циліндр може залишатися гарячим, а конденсор холодним, якщо їх розділити теплоізоляційним матеріалом. Так народилася ідея важливої частини парової машини конденсатора, відокремленого від робочого циліндра. Крім того, Ватт зробив ще декілька удосконалень, що остаточно перетворили пароатмосферну машину у парову. На основі цих принципів Ватт збудував свою модель, яка дотепер збереглася в Музеї науки у Лондоні.

Завдяки підтримці промисловця Джона Робака 5 січня 1769 року Ватт одержав патент 913 на «способи зменшення споживання пари і внаслідок цього палива у вогняних машинах», але побудувати парову машину йому довго не вдавалося. Основна складність полягала в тому, щоб змусити ефективно працювати поршень та циліндр. Металовиробництво того часу було не здатне забезпечити потрібну точність виготовлення. Машина зацікавила ​​промисловця Метью Болтона, власника ливарного заводу в Бірмінгемі, але відсутність згоди між Робаком і Ваттом завадили впровадити розробку. На якийсь час Дж. Ватт втратив інтерес до парових двигунів і працював геодезистом на будівництві каналів.

І тільки в 1776 році парова машина Ватта була побудована й успішно пройшла випробовування. Вона виявилася значно ефективнішою за машину Ньюкомена, споживаючи втричі менше вугілля.

У 1782 році Ватт створив нову машину першу універсальну парову машину подвійної дії. Кришку циліндра він оснастив винайденим незадовго до того сальниковим ущільненням, що забезпечувало вільний рух штока поршня без витоку пари з циліндра. Пара надходила у циліндр поперемінно то з однієї сторони поршня, то з другої. Тому поршень робив і робочий і зворотний хід за допомогою пари, чого не було у попередніх конструкціях парових машин. Розроблена Ваттом «ротативна парова машина» на основі запатентованого у 1781 році планетарного механізму (Патент 1306) спочатку широко застосовувалася для приведення в дію машин і верстатів прядильних і ткацьких фабрик, а пізніше й на інших промислових підприємствах. У 1785 році одна з перших машин Ватта була встановлена в Лондоні на пивоварному заводі Семюела Уїтбреда для розмелювання солоду. Машина взяла на себе роботу 24 коней. Діаметр її циліндра становив 63 сантиметри, робочий хід поршня становив 1,83 м, а діаметр маховика сягав 4,27 м. Ця машина збереглась до наших днів.

Джеймсом Ваттом у 1788 році на основі пропозицій його партнера по бізнесу Метью Болтона уперше було застосовано відцентровий регулятор для стабілізації частоти обертання вихідного вала парової машини, що пізніше отримав назву «регулятор Ватта».

Таким чином, парова машина Ватта стала винаходом століття, що поклав початок промисловій революції. Парова машина завдяки економічності набула широкого використання і відіграла величезну роль у переході до машинного виробництва.

Джерело: wikipedia.org/wiki

Gravatar

Comments

Comments are closed on this post.