英國發明家瓦特生平簡介,瓦特的主要成就有哪些?
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詹姆斯·瓦特(James Watt,1736年1月19日 — 1819年8月25日),英國發明家,第一次工業革命的重要人物。下面小編就為大家帶來詳細的介紹,一起來看看吧!
1776年製造出第一臺有實用價值的蒸汽機。以後又經過一系列重大改進,使之成為“萬能的原動機”,在工業上得到廣泛應用。他開闢了人類利用能源新時代,使人類進入“蒸汽時代”。後人為了紀念這位偉大的發明家,把功率的單位定為“瓦特”(簡稱“瓦”,符號W)。
家世背景
1736年1月19日,詹姆斯·瓦特出生於蘇格蘭格拉斯哥附近,克萊德河灣(Firth of Clyde)上的港口小鎮格林諾克。
瓦特的父親是熟練的造船工人並擁有自己的船隻與造船作坊,還是小鎮的官員。瓦特的母親Agnes Muirhead出身於一個貴族家庭並受過良好的教育。他們都屬於基督教長老會並且是堅定的誓約派。儘管瓦特出自於宗教家庭,但他後來還是成為了自然神論者。
瓦特小時候因為身體較弱去學校的時間不多,主要的教育都是由母親在家裡進行。瓦特從小就表現出了精巧的動手能力以及數學上的天分,並且接受了很多蘇格蘭民間傳說與故事。
早年經歷
瓦特17歲的時候,母親去世了,而父親的生意開始走下坡路。瓦特到倫敦的一家儀表修理廠作了一年的徒工,然後回到蘇格蘭格拉斯哥打算開一家自己的修理店。儘管當時蘇格蘭還沒有類似的修理店,但是由於他沒有做夠要求的7年徒工,他的開店申請還是被格拉斯哥的錘業者行會(管理所有使用錘子的工匠)拒絕了。
1755年瓦特離開蘇格蘭,到倫敦尋求儀器製造匠的培訓。他被康西爾的約翰·摩根所接納。
求學經歷
1757年,格拉斯哥大學的教授提供給瓦特一個機會,讓他在大學裡開設了一間小修理店,這幫助瓦特走出了困境。其中的一位教授,物理學家與化學家約瑟夫·布萊克(Joseph Black)更是成了瓦特的朋友與導師。
1757年格拉斯哥大學任命瓦特為其正式“數學儀器製造師”,並在校園裡安排了一個車間。
改良蒸汽機
瓦特的小店開業5年後,在朋友羅賓遜教授的引導下,瓦特開始了對蒸汽機的實驗。直到此時,瓦特也還從未親眼見過一臺可以運轉的蒸汽機,但是他開始建造自己的蒸汽機模型。初步的實驗失敗了,但是他堅持繼續實驗並且閱讀了所有他能找到的有關蒸汽機的材料,獨立地發現了潛熱的重要性(儘管這在好幾年前就被布萊克教授發現了,但瓦特當時並不知情)。
1763年,瓦特得知格拉斯哥大學有一臺紐科門蒸汽機(Newcomen steam engine),但是正在倫敦修理,他請求學校取回了這臺蒸汽機並親自進行了修理。修理後這臺蒸汽機勉強可以工作,但是效率很低。經過大量實驗,瓦特發現效率低的原因是由於活塞每推動一次,氣缸裡的蒸汽都要先冷凝,然後再加熱進行下一次推動,從而使得蒸汽80%的熱量都耗費在維持氣缸的溫度上面。
1763-1765年瓦特在修理紐科門泵時,設計冷凝器解決效率低的問題,羅巴克把瓦特的發明用於商業上。
1765年,瓦特取得了關鍵性的進展,他想到將冷凝器與氣缸分離開來,使得氣缸溫度可以持續維持在注入的蒸汽的溫度,並在此基礎上很快建造了一個可以連續運轉的模型。
但是要想建造一臺實際的蒸汽機還有很長的路要走。
首先是資金,布萊克教授提供了一些幫助,但更多的資助來自於約翰·羅巴克(John Roebuck)。羅巴克是一位成功的企業家,著名的卡倫鋼鐵廠的擁有者,在羅巴克的贊助下,瓦特開始了新式蒸汽機的試製,併成為新公司的合夥人。
試製中的主要困難還在於活塞與氣缸的加工製造工藝上。當時的工藝水平下鋼鐵工人更像是鐵匠而不是機械師,所以製造的結果很不滿意。此外由於當時的相關專利申請需要國會的認可,大部分的資金都花費在相關程式上。由於資金的短缺,瓦特不得不另找了一份運河測量員的工作,並一干就是8年。
這之後,羅巴克破產,相關專利都由伯明翰一間鑄造廠老闆馬修·博爾頓接手。瓦特與博爾頓從此開始了他們之間長達25年的成功合作。
與博爾頓的合作,使得瓦特得到了更好的裝置資金以及技術上的支援,特別是在加工製造工藝方面。新型蒸汽機制造的一個主要困難在於活塞與大型氣缸的密合,這個問題最終被約翰·威爾金森(John Wilkinson)解決,他在改進加農炮的製造時提出了一種新的精密鏜孔加工技術,可以用於蒸汽機的製造。
1774年瓦特將自己設計的蒸汽機投入生產。
1776年博爾登-瓦特蒸汽機在波羅姆菲爾德煤礦首次向公眾展示其工作狀態。
1776年,終於第一批新型蒸汽機制造成功並應用於實際生產。這批蒸汽機由於還只能提供往復直線運動而主要應用於抽水泵上。在之後的5年中,瓦特贏得了大量的訂單並忙於奔波於各個礦場之間安裝由這種新型蒸汽機帶動的水泵。在博爾頓的要求下,瓦特開始繼續研究如何將蒸汽機的直線往復運動轉化為圓周運動,以便使得蒸汽機能為絕大多數機器提供動力。一個顯而易見的解決辦法是通過曲柄傳動,但是該項專利所有人,約翰·斯蒂德(John Steed)要求同時分享瓦特此前的分離冷凝器的專利,這一要求被瓦特堅決地拒絕了。
1781年,瓦特公司的僱員威廉·默多克(William Murdoch)發明了一種稱為“太陽與行星”的曲柄齒輪傳動系統,並以瓦特的名義成功申請了專利。這一發明繞開了曲柄專利的限制,極大地擴充套件了蒸汽機的應用。
之後的6年裡,瓦特又對蒸汽機作了一系列改進並取得了一系列專利:發明了雙向氣缸,使得蒸汽能夠從兩端進出從而可以推動活塞雙向運動,而不是以前那樣只能單向推動;使用節氣閥門與離心節速器來控制氣壓與蒸汽機的運轉;發明了一種氣壓示工器來指示蒸汽狀況;發明了三連桿組保證氣缸推杆與氣泵的直線運動。由於擔心爆炸的危險以及洩露問題,瓦特的早期蒸汽機都是使用低壓蒸汽,後來才引進了高壓蒸汽。所有這些革新結合到一起,使得瓦特的新型蒸汽機(聯協式蒸汽機)的效率是過去的紐科門蒸汽機的5倍。
1782年瓦特的雙向式蒸汽機取得專利,同年他發明了一種標準單位:馬力。
1782年,韋奇伍德在伊特魯里亞陶瓷廠大規模採用博爾頓——瓦特鑄造廠生產的聯協式蒸汽機和伯明翰廠生產的動力機床,進行機械化陶瓷生產。
1784年,瓦特對聯協式蒸汽機進行了改進,增加了一種自動調節蒸汽機速率的裝置,使它能適用於各種機械的運動。從此之後,紡織業、採礦業、冶金業、造紙業等工業部門,都先後採用蒸汽機做為動力。
1785年以後,瓦特改進的蒸汽機首先在紡織部門投入使用,受到廣泛歡迎。
1794年,瓦特與博爾頓合夥組建了專門製造蒸汽機的公司。在博爾頓的成功經營下,到1824年就生產了1165臺蒸汽機。瓦特與博爾頓都賺到了不少錢。
步入晚年
瓦特在半退休之前也有很多其它發明,比如他發明了一種新的利用望遠鏡測距的方法,一種新的透印印刷術,對油燈進行了改進,蒸汽碾壓機以及延續至今的機械圖紙著色法。
1800年瓦特的專利與博爾頓的合作到期,他於同年退休。但他們的合作延續到下一代,馬修·博爾頓與小詹姆斯·瓦特繼續合作,同時吸收了威廉·默多克為合夥人,保證了了公司的持續成功。瓦特退休後曾與他的第二任妻子到法國與德國旅行,並且在威爾士購買了一所住宅。
1819年8月25日,83歲的瓦特於英國斯塔福德郡,漢茲沃斯(Handsworth, Staffordshire)的家中去世。
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