发明家瓦特

  詹姆斯·瓦特(JamesWatt,1736年1月19日-1819年8月19日)是英国著名的发明家,是工业革命时的重要人物。他改良了蒸汽机、发明了气压表、汽动锤。后人为了纪念他,将功率的单位称为瓦特。
  瓦特1736年1月19日生于英国格拉斯哥。童年时代的瓦特曾在文法学校念过书,然而没有受过系统教育。瓦特在父亲做工的工厂里学到许多机械制造知识,以后他到伦敦的一家钟表店当学徒。1763年瓦特到格拉斯大学工作,修理教学仪器。在大学里他经常和教授讨论理论和技术问题。1781年瓦特制造了从两边推动活塞的双动蒸汽机。1785年,他也因蒸汽机改进的重大贡献,被选为皇家学会会员。1819年8月25日瓦特在靠近伯明翰的希斯菲德逝世。
  英国皇家学会会员和法兰西科学院外籍院士。他对当时已出现的蒸汽机原始雏形作了一系列的重大改进,发明了单缸单动式和单缸双动式蒸汽机,提高了蒸汽机的热效率和运行可靠性,对当时社会生产力的发展作出了杰出贡献。他改良了蒸汽机、发明了气压表、汽动锤。后人为了纪念他,将功率的单位称为瓦特,常用符号“W”表示。瓦特是国际单位制中功率和辐射通量的计量单位,常用符号“W”表示。
  在瓦特的讣告中,对他发明的蒸汽机有这样的赞颂:“它武装了人类,使虚弱无力的双手变得力大无穷,健全了人类的大脑以处理一切难题。它为机械动力在未来创造奇迹打下了坚实的基础,将有助并报偿后代的劳动。”
  詹姆斯·瓦特-人物生平
  人生早期
  瓦特在1736年1月19日生于苏格兰格拉斯哥附近,克莱德河湾(FirthofClyde)上的港口小镇格林诺克(Greenock)。
  瓦特从小身体虚弱,到了入学年龄,仍不能去上学。过了入学年龄好几年,他才到镇上的学校学习。13岁那年,他对几何学发生了兴趣,15岁就读完了《几何学原理》这样艰深的书籍。后来他进入文法学校,数学成绩特别优秀。由于身体不好,他没到毕业就退学了。但是,他在家里坚持自学了天文学、化学、物理学和解剖学等多学科知识,并自学了好几种外语。瓦特17岁的时候,母亲去世了,而父亲的生意开始走下坡路。他到格拉斯哥的一家钟表店里当了学徒。他在业余时间刻苦学习,进一步掌握了许多科技原理。在当学徒时他曾经动手制造过技术要求较高的罗盘、经纬仪等。21岁那年,他来到了格拉斯哥大学当教具实验员,负责修理和制造仪器。他进一步熟悉了当时一些较先进的机械技术。
  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(JosephBlack)更是成了瓦特的朋友与导师。1767年,瓦特与表妹玛格丽特·米勒(MargaretMiller)结婚,此后他们共养育了6个孩子。
  
  发明新式蒸汽机
  詹姆斯·瓦特瓦特的小店开业4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。1763年,瓦特得知格拉斯哥大学有一台纽科门蒸汽机(Newcomensteamengine),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。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运转的模型。
  在约翰·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。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(JohnWilkinson)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。终于在1776年,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(JohnSteed)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(WilliamMurdoch)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。
  詹姆斯·瓦特之后的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。由于担心爆炸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的效率是过去的纽科门蒸汽机的5倍。1794年,瓦特与博尔顿合伙组建了专门制造蒸汽机的公司。
  
  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,他与同年退休。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。

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