Pro Anglii a celý svět. Inženýr a vynálezce ze Skotska vylepšoval stroj Newcomen, v důsledku čehož vynalezl svůj univerzální motor.
raná léta
James Watt se narodil do rodiny stavitele lodí a tvůrce různých Jamesových mechanismů. Jeho matka Agnes byla představitelkou bohaté rodiny, svého času se jí dostalo vynikajícího vzdělání.
Budoucí vynálezce se narodil 19. ledna 1736. Chlapec se narodil velmi nemocný, a tak základní vzdělání získal doma od rodičů. Dítě si kvůli špatnému zdravotnímu stavu nemohlo hrát s vrstevníky, a tak většinu času věnovalo sebevzdělávání.
Když byl teenager, jeho oblíbenými předměty byly astronomie a chemie. Rád také vyráběl modely mechanismů, které vytvořil jeho otec.
Když James dosáhl věku absolventa základní školy, nastoupil na gymnázium. Prokázal velké úspěchy v matematice. Mladý muž rád četl a snažil se mnohé z toho vyzkoušet v praxi.
V osmnácti letech přišel mladík o matku. To ovlivnilo zdraví a záležitosti jeho otce, takže se o sebe James musel postarat sám. Mladý muž se na rok přestěhoval ze Skotska do Londýna, aby se naučil řemeslu, které s tím souviselo měřící nástroje. Oficiální trénink měl proběhnout během sedmi let, ale James měl dostatek peněz pouze na jeden rok. Svá studia začal výrobou pravítek a kompasů. Brzy už byl mladý učeň schopen vyrábět kvadranty, geodolity a další složité nástroje.
Mladík během letošního roku prakticky nevycházel na ulici. Celou dobu pracoval: ráno - pro majitele a večer - na objednávku. Aby se mohl živit sám. Navíc díky tomu, že nebyl uveden jako oficiální student, mohl být na ulici násilně odveden k námořnictvu.
První práce
Po promoci se James Watt vrátil do Skotska s podlomeným zdravím. Rozhodl se založit si v Glasgow vlastní podnik, který spočíval ve výrobě a opravách nástrojů. Musel ale čelit svazu řemeslníků, kteří mu tuto práci zakázali. Důvodem bylo, že James nedostal formální školení. Nepomohlo ani to, že byl jediným zástupcem své věci ve Skotsku.
Náhoda ale mladíka zachrání. V této době dorazila na univerzitu v Glasgow zásilka přístrojů pro hodiny astronomie. Vyžadovaly neustálou pozornost včetně instalace. Prostřednictvím svých známých dostane Watt příležitost pracovat. Byl jmenován mistrem vědeckých nástrojů vzdělávací instituce. Měl možnost vytvořit si vlastní dílnu.
Ve vzdělávací instituci se James setkává s Josephem Blackem, který studoval chemii. Mistr pomáhá vědci při vývoji některých chemických přístrojů, které pokročily v dalším chemikově výzkumu.
Od roku 1759 se Wattovy záležitosti zlepšily. To bylo usnadněno partnerstvím s obchodníkem Johnem Craigem. Organizovali práce na výrobě různých nástrojů a hraček. Příjmy vynálezce výrazně vzrostly. Jejich partnerství skončilo po šesti letech kvůli Craigově smrti.
Doba vynálezu
Parní stroj Newcomen existuje již desítky let. Nejčastěji sloužil k čerpání vody. Nikdo se to předtím ani nepokusil vylepšit. Od roku 1759 se Watt začal zajímat o myšlenku použití páry, ale jeho pokusy byly neúspěšné.
V roce 1763 požádal zástupce univerzity v Glasgow mistra, aby pomohl opravit současný model Newcomenovy tvorby. Watt s ní mohl provést řadu experimentů. Dokázal opravit rozložení a ujistit se, že tento stroj byl neefektivní. Watt provedl určitá vylepšení designu, ale to nestačilo.
O dva roky později James Watt přišel na to, jak vytvořit dokonalý parní stroj. Začal realizovat své plány. V roce 1769 podal patent na izolovanou kondenzační komoru. Dokázal sestavit fungující model, který na tomto principu fungoval. Na vytvoření stroje v plné velikosti neměl finanční prostředky. Tomu pomohli Joseph Black, John Roebuck. Problémy nebraly konce, protože nebylo možné dosáhnout potřebné přesnosti při výrobě válce a pístu. Navíc Roebuck zkrachoval.
Watt našel nového sponzora. Stali se jimi Matthew Bolton, který vlastnil slévárnu. Problém při vytváření válce vyřešil John Wilkinson. Watt dosáhl komerčního úspěchu díky svému vynálezu vytvořením společné společnosti s Matthew Boltonem, která fungovala dvacet pět let a přinesla vynálezci velké jmění.
Watt se nesnažil jen vylepšit Newcomenův stroj, ale chtěl vytvořit model univerzální motor. Všechny jeho pokusy vedly k nové metodě v provozu parního stroje, kterou si nechal patentovat pod názvem planetární pohyb. Právě na této metodě začal pracovat první parní stroj. James Watt.
Po úspěchu nového vozu začaly četné pokusy o jeho padělání. V boji o pověst svého vlastního podniku byli Watt a Bolton nuceni utratit spoustu peněz na soudní spory. Díky tomu mohli hájit svá práva.
Význam vynálezu
Patent na motor Jamese Watta byl podán v roce 1769. Dokument určil, že autor patentu nové auto a Watt plně nechápal, jak významné bude jeho zlepšení v budoucnu.
Význam vynálezu spočíval v tom, že v motoru se píst pohyboval působením páry. Díky tomu bylo možné znásobit výkon vytvořením většího tlaku. Už nebylo potřeba zvětšovat rozměry. Díky vynálezu, možné vytvoření lokomotiva a o něco později parník.
Uznání zásluh
Již za života vynálezce způsobil stroj Jamese Watta revoluci v průmyslu. Není divu, že byl zvolen jako zástupce mnoha společností. Dokonce mu chtěli udělit baronský titul, ale on to odmítl.
Společnosti, do kterých byl Watt zvolen:
- Královská společnost v Edinburghu.
- Filosofická společnost v Rotterdamu.
- Člen korespondent Francouzské akademie.
- Lunar Society v Birminghamu je neformální organizace pro vědce britského osvícenství.
Minulé roky
Životopis Jamese Watta dokazuje, jak všestranný byl. Rozmanitost jeho znalostí byla upřímně překvapena spisovatelem Walterem Scottem, který se s vynálezcem osobně znal.
V posledních letech svého života se Watt zabýval strojem vlastní výroba, který by mohl kopírovat sochařská díla, jako jsou basreliéfy, sochy, nádoby a tak dále.
Mistr zemřel 19. srpna 1819 ve třiaosmdesátém roce svého života. Pohřbili ho v Handsworthu.
Rodina a děti
James Watt, jehož vynálezy udělaly průlom v oboru, byl dvakrát ženatý. Jeho první manželka, Margaret Miller, zemřela v roce 1772 poté, co mu dala jejich páté dítě. Dospělosti se ale dožily pouze dvě děti, které se stejně jako jejich rodiče jmenovaly James a Margaret.
Druhá manželka byla Anne MacGregor v roce 1777. Jejich společné děti se jmenovaly Gregory a Janet.
Watt navrhl používat jako název „koňskou sílu“. V roce 1882 však bylo z iniciativy Britské asociace inženýrů rozhodnuto přidělit jednotku moci jménem vynálezce. Od té doby je v technice zvykem používat watty. Stalo se tak poprvé v historii techniky.
19. ledna 1736 se narodil James Watt – anglický vynálezce, po kterém je pojmenována jednotka výkonu watt. Wattovo vylepšení parního stroje je jedním z nejpozoruhodnějších pokroků v historii techniky. Byl to jeden z těch vynálezů, které odstartovaly průmyslovou revoluci v Anglii ve druhé polovině 17. století.
Životopis Jamese Watta je nesmírně zajímavý a poučný. Může to být příklad životopisu velkého inženýra, který nejen něco vymyslí, ale dovede věc k výrobě a širokému uplatnění svého vynálezu.
K parnímu stroji
James Watt se narodil v malém skotském městečku Greenock. Jeho otec stavěl domy a lodě a měl také dílnu, kde různé nástroje. Malý James Watt byl slabé dítě. I když to bylo předčasně rozdáno zdarma základní škola kvůli nemoci často zůstával doma. Samostatně získal dobré znalosti fyzikálních a matematických věd. Zvláště na něj zapůsobila kniha nizozemského vědce Gravesand „Základní principy fyziky“, napsaná pod vlivem Newtonových myšlenek. V rodičovské dílně ovládal různé nástroje.
Když bylo Wattovi 18 let, rozhodli se ho vyučit mechanikem – tak se jmenoval mistr, který vyráběl přesné matematické, geofyzikální a fyzikální přístroje obecně. V létě roku 1754 se James Watt vyučil řemeslu v Glasgow, kde se usadil se svým strýcem Muirheadem, profesorem starověkých jazyků na univerzitě v Glasgow. Strávil rok jako učeň v jedné dílně, ale bylo jasné, že se tam nedá pořádně vyučit. Díky svému strýci jsem se seznámil s několika vysokoškolskými profesory, což se mi později velmi hodilo.
Se souhlasem svého otce odešel Watt do Londýna. Ukázalo se, že tady, aby se stal mistrem, je podle krámských zákonů nutné být sedm let učně a zaplatit značnou částku za školení. Jamesovi se podařilo najít volné místo u hodináře, který ho naučil i rytí. Po nějaké době se Watt na jeden rok vyučil do dílny Johna Morgana se školným 20 liber. Otcovy záležitosti se zhoršily, mladý Watt žil velmi hospodárně, hledal Dodatečný příjem. Ale navzdory tomu Watt projevil velkou touhu zvládnout řemeslo. Počínaje exekucí jednoduché práce, o rok později vyráběla tak sofistikované nástroje jako reflexní sextant.
Koncem roku 1756 odjel J. Watt do Glasgow, kde si chtěl otevřít vlastní dílnu na výrobu matematických přístrojů, ale nedostal od dílny povolení. Naštěstí se mu s pomocí známých profesorů podařilo stát se mechanikem na univerzitě v Glasgow. Práce na univerzitě měla samozřejmě rozhodující význam pro budoucnost Wattu i pro dějiny techniky. Watt se setkal zejména se slavným fyzikem a chemikem J. Blackem, který objevil tzv. latentní výparné teplo. Watt se také spřátelil s mnoha studenty. Slavný profesor Robison vzpomínal, jak se jako student setkal s Wattem a byl ohromen jeho znalostmi. Studenti, kteří se potýkali s obtížemi, se často obraceli na mladého mechanika o radu. A on, pokud neznal odpověď na otázku, začal ji studovat. Aby si mohl přečíst jedno z prvních děl o strojích, naučil se Watt německy a později při podobné příležitosti italsky.
Vynález
Watt se začal vážně zabývat parním strojem po zimě 1763-1764. opravil model parního stroje Newcomen ve vlastnictví katedry přírodní filozofie na univerzitě v Glasgow.
Parní stroj Newcomen byl vynalezen v roce 1711 a postupem času našel široké uplatnění pro čerpání vody z uhelných dolů. Vylepšený stroj Newcomen fungoval následovně. V kotlíku se vařila voda. Nad kotlem byl válec stroje, připevněný k trámu domu. Když se píst zvedl, pára byla vpuštěna do válce. Poté, co píst dosáhl nejvyšší pozice, přívod páry byl přerušen a do válce byla vstřikována studená voda. Pára kondenzovala, vznikla řídkost a vlivem atmosférického tlaku se píst pohyboval dolů - to byl pracovní pohyb stroje.
Když Watt opravoval Newcomenův model auta, ukázalo se, že je potřeba do něj vstříknout nadměrné množství studené vody. Watt se zajímal o tento fenomén a zahájil rozsáhlý výzkum. Došel k závěru, že špatná práce model ve srovnání se skutečným strojem Newcomen je způsoben kondenzací čerstvé páry na vstupu do válce. Prováděl experimenty, ve kterých studoval základní vlastnosti páry: vztah mezi tlakem a teplotou, stanovení měrného objemu páry a latentního tepla vypařování. Poté hledá prostředky ke snížení počáteční kondenzace páry. Rozhodl jsem se, že pro co nejlepší využití páry je nutné, aby válec měl teplotu páry do něj vstupující a nechladil. V souladu s tím Watt přišel s myšlenkou kondenzace páry v samostatné chladničce. Je třeba poznamenat, že při provádění experimentů se Watt radil s J. Blackem.
Kromě samostatné lednice provedl Watt několik dalších vylepšení: navrhl použít vosk nebo tuky k utěsnění pístu, uzavření horní části válce víkem, kterým prochází kulatá tyč. Kromě toho navrhl válec čalounit dřevem nebo jinou izolací.
Realizace vynálezu
V roce 1765 Watt staví stále větší modely svého stroje a je přesvědčen o správnosti přijatá rozhodnutí, ale nebylo dostatek finančních prostředků na pokračování výzkumu. Přátelé, zejména Black, se snažili Wattovi pomoci tím, že zorganizovali podporu pro nějakého kapitalistu. Nejprve Wattovi pomáhal Blackův přítel doktor Rebuk, známý chemik a železář.
Dohoda, kterou Watt a Rebuk uzavřeli, stanovila, že Rebuk obdrží dvě třetiny zisků z používání parního stroje. Místo toho se zavázal financovat experimenty se strojem a zaplatit za patent. 5. ledna 1769 obdržel Watt patent na „způsob snížení spotřeby páry a v důsledku toho i paliva v hasičských automobilech.“ Patent byl vydán na 14 let.Byla zahájena výroba velkých strojů, ale následně Rebukovo podnikání se zhoršilo a práce se zastavily.
Nutno podotknout, že v roce 1768 se J. Watt seznámil s vynikajícím inženýrem a podnikatelem M. Boltonem, majitelem kovoobráběcího závodu v Birminghamu, a chtěl ho zaujmout jako třetího ve firmě, Bolton to však odmítl. Když Rebuck v roce 1773 zkrachoval, Wattův stroj a práva na budoucí příjmy přešly do jurisdikce konkurzního úřadu věřitelů a Bolton je vykoupil. Zároveň uzavřel s Wattem smlouvu za stejných podmínek jako Rebuk: vzal na sebe náklady spojené s experimenty a výrobou parního stroje a také obchodní stránku podniku. Watt se také zavázal provést další výzkum a konstrukci stroje.
V roce 1774 se Watt přestěhoval do Birminghamu a od té doby začalo nejplodnější období jeho činnosti - realizace prvotního projektu stroje na zvedání vody a vytvoření nového typu stroje - zejména pro tovární účely.
Nejprve byly některé díly přepracovány, smontovány a provozován stroj vyrobený v továrně Rebuka s průměrem válce 18 palců (457 mm) a zdvihem pístu 5 stop (1,5 m). Testy ukázaly, že tento stroj je 3-4,5krát hospodárnější než stroje Newcomen.
Než ale zorganizovali výrobu strojů, Watt a Bolton se postarali o prodloužení patentu. Touto otázkou se zabýval parlament, který patent prodloužil na 25 let, tedy do roku 1800.
Začaly přicházet objednávky na auta. V roce 1780 Watt postavil 40 strojů, z nichž polovina byla instalována v měděných dolech v Cornwallu. Bolton v továrně podnikal a Watt musel trávit spoustu času v Cornwallu – instaloval stroje, provozoval je, testoval, finanční vyrovnání s majiteli dolů. Výroba zpočátku nevytvářela zisk: organizace výroby vyžadovala stálé náklady. Majitelé dolů navíc patent nezaplatili včas. Proti neplatičům byly porušovány soudní spory, které, jak je v Anglii zvykem, byly velmi pomalé a nákladné. Teprve v letech 1786-1787. věci se zlepšily, zejména se vyhrály případy s majiteli dolů ohledně odměňování.
Byly i další potíže. Zejména rostlina neměla dost dobří pracovníci. Kvůli nedostatku kvalifikovaných asistentů sám Watt prováděl experimenty, kreslil výkresy a instaloval své stroje. Postupem času se v závodě vyvinul „normální“ typ strojů na zvedání vody jednoduchá akce(viz obrázek), který sloužil k čerpání vody.
Vylepšení parního stroje
Prvním a jedním z nejdůležitějších vylepšení parního stroje bylo použití expanze páry, přívod páry do válce ne při plném zdvihu pístu. Watt si tento vynález nechal patentovat v roce 1782. V popisu vynálezu Watt označil čtvrtinový zdvih pístu jako výhodnou dobu trvání příjmu páry.
Aby mohl být parní stroj použit k pohonu obráběcích strojů, bylo nutné převést kmitavý pohyb vyvažovače na plynulé otáčení hřídele. Nejjednodušší způsob, jak to udělat, bylo použít ojnici s klikou. Ale v roce 1780 si nějaký Picard nechal patentovat použití kliky v „požárních motorech“. Watt proto našel jiné způsoby, jak problém vyřešit, konkrétně vynalezl mechanismus, takzvané „solární a planetové kolo“, které se ve Wattových strojích používalo až do vypršení Picardova patentu.
Poté si Watt nechal na stroj patentovat dvojí akce, ve kterém pára tlačila na píst střídavě z obou stran. Vytvoření dvojčinného stroje však vyžadovalo změnu způsobu přenosu síly z pístu na vyvažovačku: dříve používaný řetězový pohon nemohl přenášet tlakové síly. Poté Watt vytvořil tzv. Wattův paralelogram.
Stroj, který je určen k pohonu obráběcích strojů, musí mít vysokou rovnoměrnost zdvihu. Aby to zajistil, Watt vynalezl automatický regulátor, centrální regulátor spojený se škrticí klapkou.
Následně provedl mnoho dalších inovací - použil rtuťový tlakoměr pro měření tlaku v kotli, vodoměr v kotlích, rtuťový vakuoměr v kondenzátoru. Vytvořil také mnoho dalších vynálezů.
Následně se Wattovy zásluhy staly všeobecně uznávanými. V roce 1784 byl zvolen členem Královské společnosti v Edinburghu, v roce 1785 v Londýně a v roce 1814 v Pařížské Akademii věd.
Těm, kteří se chtějí dozvědět více o životě a díle Jamese Watta, nabízíme tento krátký životopisný náčrt s krátkým exkurzem do historie parních strojů.
WATT, JAMES (Watt, James, 1736-1819), skotský inženýr a vynálezce. Narozen 19. ledna 1736 v Greenocku nedaleko Glasgow (Skotsko) v rodině obchodníka. Kvůli špatnému zdraví se Watt formálně učil málo, ale hodně se naučil sám. Jako teenager měl rád astronomii, chemické experimenty, naučil se dělat všechno vlastníma rukama a dokonce si od svého okolí vysloužil titul „všeho řemesla“.
V roce 1755 Watt odešel do Londýna studovat mechanika a mistra ve výrobě matematických a astronomických přístrojů. Po dokončení sedmiletého výcvikového programu za rok se Watt vrátil do Skotska a dostal práci jako mechanik na University of Glasgow. Zároveň si otevřel vlastní opravnu.
Na univerzitě se Watt setkal s velkým skotským chemikem Josef Černý(Joseph Black, 1728-1799), který objevil oxid uhličitý v roce 1754. Toto setkání přispělo k vývoji řady nových chemických zařízení potřebných v r. další výzkumČerný například ledový kalorimetr. Joseph Black se v této době zabýval problémem určování výparného tepla a Watt se podílel na zajištění technické stránky experimentů.
V roce 1763 byl jako univerzitní mechanik požádán o opravu univerzitního modelu parního stroje T. Newcomen. 
Zde bychom měli udělat malou odbočku do historie vzniku parních strojů. Kdysi nás ve škole učili o „velmocenském šovinismu“, že parní stroj vynalezl ruský poddaný mechanik Ivan Polzunov, a ne nějaký James Watt, o jehož roli při vzniku parních strojů se dalo občas číst. v "špatném" s vlasteneckým pohledem na knihy. Ale ve skutečnosti vynálezcem parního stroje není Ivan Polzunov a ne James Watt, ale anglický inženýr Thomas Newcomen(Thomas Newcomen, 1663-1729).
Navíc první pokus dát páru do služeb člověku učinil v Anglii již v roce 1698 vojenský inženýr Thomas Savery(Thomas Savery, 1650?-1715). Vytvořil parní vodní výtah, určený k odvodňování dolů a čerpání vody, a stal se prototypem parního stroje.
Saveryho stroj fungoval následovně: nejprve byla uzavřená nádrž naplněna párou, poté byl vnější povrch nádrže ochlazen studenou vodou, čímž došlo ke kondenzaci páry a v nádrži bylo vytvořeno částečné vakuum. Poté byla voda např. ze dna dolu nasávána sacím potrubím do vodojemu a po připuštění další dávky páry byla vypouštěna výstupním potrubím. Poté se cyklus opakoval, ale vodu bylo možné zvednout pouze z hloubky menší než 10,36 m, protože ve skutečnosti byla vytlačena atmosférickým tlakem.
 |
Princip fungování páry |
Sám vynálezce nazval vodní zvedák „stroj na oheň“ a široce ho propagoval jako „přítele horníků“. K výrobě páry, která stroj poháněla, byl nutný oheň, ale Saveryho vynález ještě nebyl motorem v plném smyslu toho slova, protože kromě několika ručně otevíraných a zavřených ventilů neměl žádné pohyblivé části.
V autě Thomase Saveryho byl pracovní válec oddělen od kotle a zvenku vyléván studenou vodou pro rychlou kondenzaci páry, což nebylo pro provoz příliš vhodné. Mezi tehdejšími parními stroji se však našel úspěšnější „požární stroj“ francouzského vynálezce Denis Papin(Denis Papin, 1647-1712?), který spojoval v jednom zařízení kotel na výrobu páry a pracovní válec s pístem. Nejprve Papin v roce 1674 na základě myšlenky Christiana Huygense sestrojil práškový motor, jehož princip byl založen na zapálení střelného prachu ve válci a pohybu pístu uvnitř válce pod vlivem práškových plynů. . Když přebytečné plyny vystupovaly z válce speciálním ventilem a zbývající plyn se ochladil, vytvořilo se ve válci částečné vakuum a píst se vrátil do své původní polohy působením atmosférického tlaku.
Tento stroj nebyl příliš úspěšný, ale dal Papenovi skvělý nápad nahradit střelný prach vodou. A v roce 1698 sestrojil parní stroj (ve stejném roce Angličan Savery postavil svůj „ohnivý stroj“). Voda se ohřívala uvnitř svislého válce s pístem uvnitř a vzniklá pára tlačila píst nahoru. Jak se pára ochlazovala a kondenzovala, píst byl stlačen dolů atmosférickým tlakem. Prostřednictvím systému bloků tak mohl Papinův stroj pohánět různé mechanismy, například čerpadla.
S parní stroje Saveryho a Papena znal anglický vynálezce Thomas Newcomen(Thomas Newcomen, 1663 - 1729), který často navštěvoval doly v Západní zemi, kde pracoval jako kovář, a proto dobře chápal, jak jsou potřebná spolehlivá čerpadla, aby se zabránilo zaplavení dolů. Ve snaze postavit lepší model spojil síly s instalatérem a sklenářem Johnem Calleym. Jejich první parní stroj byl instalován v dolech v Staffordshire v roce 1712.
|
 |
|
| Newcomenův první parní stroj, 1712 | Princip činnosti stroje Newcomen. |
Stejně jako v Papenově stroji se píst pohyboval ve svislém válci, ale na celém Newcomenově stroji byl mnohem pokročilejší. Aby se odstranila mezera mezi válcem a pístem, připevnil Newcomen na jeho konec pružný kožený kotouč a nalil na něj trochu vody.
Pára z kotle pronikla do základny válce a zvedla píst nahoru. Když byla do válce vstřikována studená voda, pára kondenzovala, ve válci se vytvořilo vakuum a pod vlivem atmosférického tlaku šel píst dolů. Tento zpětný zdvih odstranil vodu z válce a pomocí řetězu spojeného s vahadlem, pohybujícím se jako houpačka, zvedl tyč čerpadla nahoru. Když byl píst na dně svého zdvihu, pára opět vstoupila do válce a pomocí protizávaží namontovaného na tyči čerpadla nebo na vahadle se píst zvedl do původní polohy. Poté se cyklus opakoval.
Newcomenův stroj byl na svou dobu pozoruhodně úspěšný a byl používán v celé Evropě více než 50 let. Byl používán k čerpání vody z mnoha dolů ve Velké Británii. Jednalo se o první velkosériový výrobek v historii techniky (vyrobeno několik tisíc kusů).
V roce 1740 odvedl stroj s válcem dlouhým 2,74 m a průměrem 76 cm za jeden den práci, kterou předtím směny pracující spřežení 25 lidí a 10 koní za týden.
V roce 1775 ještě více velké auto, postavený Johnem Smeatonem (tvůrcem majáku Eddystone), během dvou týdnů odvodnil dok v Kronštadtu (Rusko). Dříve to s použitím vysokých větrných mlýnů trvalo celý rok.
A přesto měl Newcomenův stroj k dokonalosti daleko. Přeměnil jen asi 1 % tepelné energie na energii mechanickou a v důsledku toho snědl obrovské množství paliva, které však zvláštní význam když stroj pracoval v uhelných dolech.
Obecně platí, že Newcomenovy stroje hrály obrovskou roli při zachování uhelného průmyslu. S jejich pomocí se podařilo obnovit těžbu uhlí v mnoha zatopených dolech.
O vynálezu Newcomen můžeme říci, že to byl skutečně parní stroj, nebo spíše, parně-atmosférický auto. Od předchozích prototypů parních strojů se vyznačoval tímto:
- hnací silou v něm byl atmosférický tlak a zředění bylo dosaženo kondenzací páry;
- ve válci byl píst, který působením páry dělal pracovní zdvih;
- vakua bylo dosaženo v důsledku kondenzace páry, když byla do válce vstřikována studená voda.
Proto je ve skutečnosti vynálezcem parního stroje právem Angličan Thomas Newcomen, který svůj parně-atmosférický stroj vyvinul v roce 1712 (půl století před Wattem).
Tvorba krátká odbočka v historii vzniku parních strojů nelze pominout osobnost našeho vynikajícího krajana Ivan Ivanovič Polzunov(1729-1766), který sestrojil parně-atmosférický stroj dříve než James Watt. Jako mechanik v těžebních závodech Kolyvano-Voskresensky na Altaji navrhl 25. dubna 1763 projekt a popis „oheňového stroje“. Projekt se dostal na stůl šéfovi továren, který jej schválil a poslal do Petrohradu, odkud brzy přišla odpověď: «
...Tento jeho vynález za nový vynález by měl být oceněn". Polzunov navrhoval postavit nejprve malý stroj, na kterém by bylo možné identifikovat a odstranit všechny nedostatky nevyhnutelné u nového vynálezu. Vedení továrny s tím nesouhlasilo a rozhodlo se okamžitě stavět obrovské auto pro výkonný ventilátor. V dubnu 1764 začal Polzunov stavět stroj, který byl 15krát výkonnější než projekt z roku 1763.
Myšlenku parně-atmosférického motoru převzal z knihy I. Schlattera „A Detailed Instruction to the Mining Business...“ (Petrohrad, 1760).
Ale Polzunovův motor byl zásadně odlišný od Anglická auta Savery a Newcomen. Ty byly jednoválcové a vhodné pouze pro čerpání vody z dolů. Polzunovův dvouválcový kontinuální motor mohl vhánět vzduch do pecí a odčerpávat vodu. V budoucnu vynálezce doufal, že jej přizpůsobí jiným potřebám.
Stavbou stroje byl pověřen Polzunov, kterému byly přiděleny „ti, kteří nevědí, ale mají k tomu jen jeden sklon, dva místní řemeslníci“, a několik dalších pracovníků. S tímto „personálem“ se Polzunov pustil do stavby svého vozu. Stavělo se rok a devět měsíců. Když stroj již prošel první zkouškou, vynálezce onemocněl přechodnou spotřebou a 16. (28. května) 1766, několik dní před závěrečnými zkouškami, zemřel.
23. května 1766 vyrazili Polzunovovi studenti Levzin a Černicyn sami poslední test Parní motor. V „Day Note“ ze 4. července to bylo uvedeno "správná činnost stroje", a 7. srpna 1766 bylo celé zařízení, parní stroj a silné dmychadlo, uvedeno do provozu. Za pouhé tři měsíce práce Polzunovův stroj nejen ospravedlnil všechny náklady na jeho stavbu ve výši 7233 rublů 55 kopejek, ale také přinesl čistý zisk 12640 rublů 28 kopejek. Dne 10. listopadu 1766 po vyhoření kotle u stroje však stál 15 let, 5 měsíců a 10 dní ladem. V roce 1782 byl vůz rozebrán. ( Encyklopedie území Altaj. Barnaul. 1996. V. 2. S. 281-282; Barnaul. Kronika města. Barnaul. 1994. díl 1.str.30).
Ve stejné době James Watt také pracoval na vytvoření parního stroje v Anglii. V roce 1763 byl jako univerzitní mechanik požádán o opravu univerzitního modelu parního stroje T. Newcomen.
Při ladění univerzitního modelu parně-atmosférického stroje T. Newcomena se Watt přesvědčil o nízké účinnosti takových strojů. Pustil se do pokusu zlepšit parametry parního stroje. Bylo mu jasné, že hlavním nedostatkem Newcomenova stroje je střídavé zahřívání a chlazení válce. Jak tomu lze předejít? Odpověď přišla Wattovi jednoho nedělního jarního odpoledne roku 1765. Uvědomil si, že válec může zůstat horký po celou dobu, pokud se pára před kondenzací odvede do samostatného zásobníku potrubím s ventilem. V tomto případě by přenos procesu kondenzace páry mimo válec měl pomoci snížit spotřebu páry. Kromě toho může válec zůstat horký a kondenzátor studený, pokud jsou z vnější strany pokryty tepelně izolačním materiálem.
Vylepšení, která Watt provedl na parním stroji ( odstředivý regulátor, samostatný parní kondenzátor, těsnění atd.), nejen zvýšily účinnost stroje, ale také konečně proměnily parně-atmosférický stroj na parní a hlavně se stroj stal snadno ovladatelným.
V roce 1768 požádal o patent na svůj vynález. Roku 1769 získal patent, ale parní stroj se mu dlouho nedařilo postavit. A teprve v roce 1776, s finanční podporou Dr. Rebecka, zakladatele prvního hutního závodu ve Skotsku, byl Wattův parní stroj konečně postaven a úspěšně prošel zkouškou.
 |
PRVNÍ PARNÍ STROJ |
Wattův první stroj byl zdvojnásoben efektivnější než auto Nováček. Zajímavé je, že vývoj, který následoval po Newcomenově původním vynálezu, byl založen na konceptu „kapacity“ motoru, což znamenalo počet stop-liber vody, která byla napumpována do bušlu uhlí. Kdo vlastnil myšlenku této jednotky, není nyní známo. Tento muž se nezapsal do dějin vědy, ale pravděpodobně to byl nějaký zarytý vlastník dolu, který si všiml, že některé motory pracují efektivněji než jiné, a nemohl dovolit, aby sousední důl měl velkou produkci.
A přestože testy stroje dopadly úspěšně, během jeho dalšího provozu se ukázalo, že první Wattův model nebyl zcela úspěšný a spolupráce s Rebeckem byla přerušena. Přes nedostatek finančních prostředků Watt pokračoval v práci na vylepšení parního stroje. Jeho práce zaujala Matthewa Boultona (Matthew Boulton), inženýra a bohatého továrníka, majitele kovoobráběcího závodu ve městě Soho nedaleko Birminghamu. V roce 1775 uzavřeli Watt a Boulton dohodu o partnerství.
V roce 1781 získal James Watt patent na vynález druhého modelu svého stroje. Mezi inovacemi provedenými na něm a na následujících modelech byly:
- dvojčinný válec, ve kterém byla pára přiváděna střídavě na opačných stranách pístu, zatímco výfuková pára vstupovala do kondenzátoru;
- tepelný plášť, který obklopoval pracovní válec, aby se snížily tepelné ztráty, a cívka;
- převod vratného pohybu pístu na rotační pohyb hřídele, nejprve pomocí ojničního klikového mechanismu a poté pomocí ozubeného převodu, který byl prototypem planetová převodovka;
- odstředivý regulátor pro udržení konstantních otáček hřídele a setrvačník pro snížení nerovnoměrného otáčení.
V roce 1782 byl postaven tento pozoruhodný stroj, první univerzální „dvojčinný“ parní stroj. Watt vybavil víko válce krátce před tím vynalezenou ucpávkou, která zajišťovala volný pohyb pístnice, ale zabraňovala úniku páry z válce. Pára vstupovala do válce střídavě z jedné strany pístu, poté z druhé, čímž se na opačné straně válce vytvořilo podtlak. Píst proto prováděl pracovní i zpětný zdvih pomocí páry, což u předchozích strojů nebylo.
Kromě toho v roce 1782 představil James Watt expanzní princip, rozdělující tok páry ve válci na začátku jeho toku tak, že se začne roztahovat po zbytek cyklu pod svým vlastním tlakem. Akce rozšíření znamená určitou ztrátu výkonu, ale zisk "výkonu". Ze všech těchto Wattových myšlenek byla nejužitečnější myšlenka expanzivní akce. Hodně to pomohlo při jeho další praktické realizaci. indikátorový diagram, kterou vytvořil kolem roku 1790 Wattův asistent James Southern. Indikátorem bylo záznamové zařízení, které bylo možné připevnit k motoru za účelem označení tlaku ve válci v závislosti na objemu páry vstupující při daném zdvihu. Oblast pod takovou křivkou byla míra práce hotovo pro tento cyklus. Indikátor byl použit za účelem co nejefektivnějšího vyladění motoru. Právě tento diagram se později stal součástí slavného Carnotův cyklus(Sadie Carnot, 1796-1832) v teoretické termodynamice.
Vzhledem k tomu, že pístnice u dvojčinného parního stroje vykonávala tahovou a tlačnou činnost, musel být předělán starý hnací systém řetězů a vahadel, který reagoval pouze na tah. Watt vyvinul systém spojených tyčí a aplikoval planetová převodovka aby převedl vratný pohyb pístnice na rotační pohyb, použil k měření tlaku páry těžký setrvačník, odstředivý regulátor otáček, kotoučový ventil a manometr.
Univerzální Parní motor dvojčinný s plynulou rotací (Wattův parní stroj) se rozšířil a sehrál významnou roli při přechodu na strojní výrobu.
„Rotační parní stroj“ patentovaný Jamesem Wattem byl nejprve široce používán k pohonu strojů a obráběcích strojů přádelen a tkalcoven, později i dalších průmyslových podniků. To vedlo k prudký nárůst produktivitu práce. Právě od tohoto okamžiku Britové počítali s počátkem velké průmyslové revoluce, která vynesla Anglii na přední místo ve světě.
Motor Jamese Watta byl vhodný pro každé auto a vynálezci samohybných mechanismů toho neváhali využít. Do dopravy se tedy dostal parní stroj (Fultonův parník, 1807; Stephensonova parní lokomotiva, 1815). Díky výhodě v dopravních prostředcích se Anglie stala vedoucí velmocí světa.
V roce 1785 si Watt nechal patentovat vynález nové kotlové pece a ve stejném roce byl jeden z Wattových strojů instalován v Londýně v pivovaru Samuela Whitbreada na mletí sladu. Stroj odvedl práci místo 24 koní. Jeho průměr válce byl 63 cm, zdvih pístu 1,83 m, průměr setrvačníku 4,27 m. Stroj se dochoval dodnes a dnes je k vidění v akci v Sydney Powerhouse Museum.
Boulton and Watt, založená v roce 1775, zažila všechny životní peripetie, od klesající poptávky po jejích produktech až po ochranu práv svého vynálezce u soudů. Od roku 1783 však šlo podnikání této společnosti, která monopolizovala výrobu parních strojů, do kopce. James Watt se tak stal velmi bohatým mužem a pomohl „Pneumatic Medical Institute“ Tomáš Beddo(Beddoes, Thomas, 1760-1808), se kterým začal v této době spolupracovat, byl Watt velmi, velmi významný.
Navzdory bouřlivé činnosti při vytváření parních strojů Watt odešel ze své funkce na University of Glasgow až v roce 1800. Osm let po své rezignaci založil Wattovu cenu pro nejlepší studenty a učitele univerzity. Vysokoškolská technická laboratoř, kde svou činnost zahájil, začala nést jeho jméno. Jméno Jamese Watta je také vysoká škola v Greenocku (Skotsko), rodném městě vynálezce.
Zajímavé je, že svého času Watt jako jednotku výkonu navrhl takovou jednotku jako „ Koňská síla". Tato měrná jednotka přežila dodnes. V Anglii, kde je Watt uctíván jako průkopník průmyslové revoluce, se ale rozhodli jinak. V roce 1882 se Britská asociace inženýrů rozhodla pojmenovat jednotku síly po něm. Nyní lze jméno Jamese Watta přečíst na jakékoli žárovce. Jednalo se o první případ v historii technologie přiřazování vlastním jménem měrná jednotka. Od tohoto incidentu začala tradice přiřazování vlastních jmen k jednotkám měření.
James Watt žil dlouhý a plodný život a zemřel 25. srpna 1819 v Hatfieldu poblíž Birminghamu.
Památník Jamese Watta
.
Vynikající skotský inženýr, strojní vynálezce James Watt, jehož práce znamenala začátek průmyslové revoluce, nejprve v Anglii a poté po celém světě.
PARNÍ MOTOR
V pravém slova smyslu nebyl James Watt prvním člověkem, který vynalezl parní stroj. Podobné zařízení popsal Heron Alexandrijský v 1. století našeho letopočtu. Nemovitý parní turbína byl vynalezen mnohem později, ve středověkém Egyptě, arabským inženýrem ze 16. století, který navrhl způsob otáčení špejle silou proudu páry směřující na čepele upevněné na ráfku kola. James Watt vynalezl univerzální parní stroj vylepšením Newcomenova parního stroje používaného za Wattových dnů k čerpání vody z uhelných dolů. První takovou významnou inovací byla izolovaná kondenzační komora: James Watt podal patent na svůj vynález v roce 1769. V dokumentu přitom stálo, že nevynalezl nový parní stroj, ale parní stroj, jehož teplota se vždy rovnala teplotě páry. Další vylepšení bylo zaměřeno na to, aby píst ve válci fungoval užitečná práce ne atmosférickým tlakem, ale tlakem páry. Později se také izoloval parní válec a v roce 1782 vynalezl dvojčinný stroj, který umožnil čtyřnásobně zvýšit produktivitu parního stroje, což přineslo 75% úsporu nákladů na uhlí. Kromě různých dalších vylepšení parních strojů vynalezl Watt také odstředivý regulátor, se kterým automatické ovládání pro otáčky stroje, manometr a škrticí klapku.
PARNÍ BUCHAR
Kromě parního stroje a jeho vylepšení vynalezl Watt také parní buchar. Vynálezce na něj získal patent v roce 1784, hned po obdržení patentu na parní stroj. Toto zařízení bylo vybaveno setrvačníkem pro pohon tehdy běžného pákového kladiva. První z Wattových kladiv vážilo 54,5 kilogramu a zvedlo se do výšky 8 palců (203 milimetrů). Watt pak sestrojil pákové parní kladivo s hmotností asi 380 kilogramů padajících částí, produkující 300 úderů za minutu. Parní buchar byl jedním z nejdůležitějších strojů své doby a dominoval strojírenství 90 let.
Workshop Jamese Watta Foto: Frankie Roberto/Wikimedia Commons
KOPÍROVAT STISKNĚTE
V roce 1780 Watt vynalezl a patentoval přenosný kopírovací stroj, který se skládal z krabice, která obsahovala přihrádky na tužky, pera, pravítka a papír, a také speciální přihrádku na uhlový papír. Pokovená krabice obsahovala zásobu inkoustu a vody na 24 kopií. K upnutí původního plechu byl použit kovový kryt. Před zahájením práce byly listy stárnuty po dobu 12 hodin speciální složení. Vlastní kopírování probíhalo otáčením rukojeti přístroje, kterým se otáčely dva mosazné válečky umístěné ve spodní části pouzdra. Originální dokument byl umístěn na kopírovací desku mezi zvedací kryty. Pro vytvoření otisku byl přitlačen na vlhký uhlový papír, a tak byla na karbonových listech získána zrcadlová kopie dokumentu, která byla po 24 hodinách sušení připravena k použití. Firma založená Wattem vyráběla takové stroje až do konce 19. století, při své práci ji používali tak slavní lidé jako Benjamin Franklin, George Washington nebo Thomas Jefferson.
Ve svých pokročilých letech vynálezce také pracoval na stroji pro kopírování sochařských děl, eidografu - mechanickém zařízení, které umožňuje přesně kopírovat basreliéfy, medailony, sochy a další věci nejsložitějšího tvaru.
WATTŮV PARALELOGRAM
Mechanismus, který vynalezl Watt v roce 1784, aby udělil pístu parního stroje přímočarý pohyb. Rovnoběžník se skládá ze dvou horizontálních ramen zavěšených na jejich koncích. vertikální rameno, který je upevněn ve středu nosníku mostu a má schopnost otáčení. Otáčením svislé páky se vyrovnává nerovnoměrný pohyb v zatáčkách. Dnes se používá v zadní náprava v některých závěsech aut.
Wattův parní stroj. Foto: Eclipse.sx/Wikimedia Commons
MĚŘENÍ VÝKONU
Watt navrhl používat koncept „koňské síly“ jako měření síly. Tato měrná jednotka se používala ve většině výpočtů až do roku 1882, kdy se Britská asociace inženýrů rozhodla pojmenovat jednotku výkonu jménem Watt - Watt. Bylo to poprvé v historii technologie, kdy měrná jednotka dostala svůj vlastní název.
Watte, Jamesi
nebo Watt (Watt) - slavný zlepšovatel parního stroje. Narozen v Greenock v † c. Jeho otec byl mechanik, který stavěl a opravoval různé nástroje a stroje od hudebních (varhany) až po jeřáby, které sloužily ke zvedání závaží. V. byl od dětství obklopen nástroji, rád si je prohlížel, vyráběl si hračky a pak různé modely. Rodiče, s přihlédnutím ke špatnému zdravotnímu stavu malého Jamese, ho ke studiu nenutili a dali mu velkou volnost při výběru tříd. Watt nebyl příliš úspěšný na základní škole, ale na gymnáziu se mu dařilo lépe, i když jeho nemocný organismus bránil kontinuitě studia. Matematická studia ve škole a otcovské příklady každopádně nezůstaly bez vlivu na rozvoj sklonu k mechanice u mladého V. Obecně miloval spoustu věcí a mimo jiné i povolání přírodních věd a lékařství, takže v mládí sám nedokázal určit, jaké je jeho skutečné povolání. Watt často navštěvoval svého strýce, univerzitního profesora, v Glasgow, kde se seznámil s mnoha učenými a vzdělanými lidmi. Nikdy neabsolvoval žádné speciální kurzy, ale hodně četl, přemýšlel a vzdělával se a stal se mužem mnoha stran.
Wattův otec byl navzdory své pracovitosti velmi chudý muž, a protože věděl, že jeho dva synové se budou muset živit vlastní prací, naučil jednoho z nich komerčnímu podnikání a rozhodl se dát Jamesovi lekce. technický směr, což dokonale odpovídalo jeho sklonům, jak se později brilantně potvrdilo. Mladý Watt se nejprve učil řemeslo mechanika v Glasgow a poté v Londýně, kde se jeden rok učil připravovat kreslící a astronomické přístroje (sextanty atd.), což vyžadovalo velmi pečlivou práci. Poté se V. přestěhoval do Glasgow, kde byl přidělen jako mechanik na univerzitě. Zpočátku byly jeho materiální záležitosti velmi napjaté, ale na konci roku, po vstupu do společnosti s Craigem, začal Watt dostávat několik zakázek a v roce 2009, poté, co sňatkem získal právo občanství v Glasgow, otevřel dílnu v samotném městě, na kterou dříve podle pravidel tehdejších dílen neměl právo.
Mechanika se v té době ještě nerozdělovala na odbornosti, takže V. musel stejně jako jeho otec připravovat širokou škálu mechanismů, vč. hudební nástroje. A v této pro něj nové technice věděl, jak ukázat své schopnosti, ačkoliv pro hudbu vůbec neměl sluch. Když zakázky tohoto druhu chyběly, V. se zabýval nivelací a plány různých městských staveb. Jeho činnost v oboru mechanik parních strojů začala v roce 1999, kdy byl pověřen opravou modelu tzv. požárního, neboli atmosférického motoru Newcomen, který patřil univerzitě v Glasgow. Tento stroj byl také poháněn párou, která zvedla píst ve válci až nahoru, načež byla pod píst rozstřikována voda, která přeměnila většinu páry na vodu, a poté atmosférický tlak stlačil píst dolů (viz obr. parní stroje, jejich historie). Tento druh střídavého pohybu probíhal s velkým řevem a extrémně nerovnoměrně. Watt se zabýval modelem, který mu byl svěřen, přemýšlel o důvodech, proč se choval nesprávně, a dokonce často úplně přestal; systematicky experimentoval s ní a parním strojem a nakonec našel prostředek, jak jí poskytnout správnější pohyb, ale také výrazně změnit její zařízení. Měřením objemového množství páry procházející z kotle pod pístem Watt zjistil, že je mnohonásobně větší než objem válce pod pístem, protože první přicházející množství páry se mění ve vodu, dokud se válec nezahřeje; když konečně pára zdvihla píst, pak aby se pod ním vytvořila prázdnota, to znamená, aby se pára zničila, bylo nutné tam rozprášit obrovské množství vody a válec byl opět velmi ochlazen. Pokud stříklo málo vody, pak se část páry přeměnila na kapalný stav a sama se zahřála k varu. V. se zde setkal s jevy tzv. latentního tepla, tehdy právě vysvětlovaného Blackem, o kterém se Watt dozvěděl až později z korespondence s ním.
Parní stroj Watt a Bolton 1784
Provádění systematických experimentů na pružnosti vodní páry při různé teploty, nad objemem páry vzniklé z určitého objemu vody, nad ohřívací schopností páry, když se mění ve vodu, V. vymyslel nový princip konstrukce parních strojů. Proměna V. v Newcomenově stroji a jeho další neustálé zdokonalování jsou tak významné, že V. bývá označován za vynálezce parních strojů. V. tyto předběžné vědecké pokusy využíval dva roky a nakonec ve městě podal žádost o udělení privilegií na snížení spotřeby páry a tím i paliva v hasičských stříkačkách. Privilegium dostalo V. počátkem roku na 14 let. Ale obtíže praktické realizace V. myšlenek jak mechanicky, tak z nedostatku Peníze a kvůli mnoha náhodným okolnostem byly takové, že o 6 let později stroj ještě nebyl vyvinut. Naštěstí se našli lidé, kteří pochopili velikost V. vynálezů a přes mnohé odpůrce mu zajistili výhradní využití jeho vynálezu na dalších 25 let, počínaje městem.V té době byla Wattova sláva tak velká, že v r. město ruská vláda učinila V. nabídku na přesídlení do Ruska. Tuto nabídku odmítl s přáním pustit se do konečné realizace svého podniku, což bylo velmi obtížné i v Anglii, protože tam bylo málo dobrých pracovníků a zpočátku nebyli žádní. dobré mechanismy pro otáčení kovové válce, což byla nutná podmínka pro správný pohyb pístu. Kdyby V. nenašel v osobě Boltona podnikavého chovatele, kapitalistu a přítele, pak se neví, kdy by se zrodil parní stroj ve své nové podobě. Bolton, který věnoval své starosti a kapitál tomuto obchodu, byl svého času blízko zkázy, ale neztratil odvahu a nerozloučil se s Wattem. Od roku, tedy 14 let po vydání prvního privilegia V., šly jejich záležitosti lépe a brzy poté se úplně vzpamatovaly. V r, kdy skončilo druhé období privilegia, vstoupil V. do 65. roku svého života. Poté s Boltonem předali podnik svým synům, zatímco oni se sami věnovali jiným aktivitám na dovolené. Watt zařídil stroj na kopírování soch a dělal tento obchod jako zábavu pro sebe.
Wattův život obecně stojí za prostudování a heslo ve Slovníku jej nemůže zcela nastínit, proto je třeba upozornit na některé jeho životopisy. V ruštině lze zaznamenat dobrý životopisný náčrt A.V. Kamenského, který je jednou z knih v biografické knihovně F. Pavlenkova. Na francouzština v Oeuvres Complètes de François Arago je překvapivě vřelá a chytře napsaná biografie V.. Viz navíc uvedení pramenů ve zmíněné knize p. Kamenského.
Článek reprodukoval materiál z Velkého encyklopedického slovníku Brockhause a Efrona.viz také
- Watt,
