Джеймс Уат — шотландски инженер, разработил съвременната парна машина

Джеймс Уат — шотландски инженер, усъвършенствал парната машина и отключил индустриалната революция; прочетете за ключовите му открития и наследството му.

Джеймс Уат (19 януари 1736 г. — 25 август 1819 г.) е шотландски математик и инженер. Той не е изобретателят на първата парна машина, но извършва ключови подобрения, които значително повишават ефективността и приложимостта ѝ в промишлеността. Когато Уат започва да работи по машините, в употреба вече са патентованите конструкции на Савери и на Нюкомен; основният му принос е преосмисляне и усъвършенстване на конструкцията до съвременната форма на парната машина. Машините, усъвършенствани от Уат, имат решаваща роля за ускоряване на индустриалната революция през XVIII и XIX век. Джеймс Уат е бил блестящ инженер и трансформирал двигателя на Нюкомен в практичен и икономичен източник на енергия за мините, фабриките и транспорта.

Днес повечето хора го почитат, като наричат единицата за мощност - ват - на негово име.

Кратки биографични данни

Джеймс Уат е роден в Гринук (Greenock), Шотландия. Започва кариерата си като ученик при майстор на измервателни инструменти и по-късно работи в Университета в Глазгоу, където ремонтира и усъвършенства научни уреди. Именно там той се сблъсква с проблемите на наличните парни машини и започва да търси технически решения, които да повишат тяхната икономичност и надеждност. По-късно Уат създава търговско партньорство с предприемача Матем Бoултън (Matthew Boulton), което довежда до създаването на фирмата Boulton & Watt — една от най-важните инженерни компании на епохата.

Основни технически приноси

Най-важните подобрения, внесени от Уат, включват:

• Отделен кондензатор — идеята е да се кондензира парата в отделен съд, вместо в самия двигателен цилиндър. Това позволява да се поддържа цилиндърът топъл и значително намалява загубите от многократно загряване и охлаждане, което води до голямо намаление на потреблението на гориво.
• Двустрелно действие (double-acting) и подобрено подаване на пара
• Паралелно движение (parallel motion) — механична връзка, която осигурява почти праволинейно движение на щока при работата на буталото и улеснява управлението на задвижващите механизми.
• Превръщане на въртеливото в Rotary motion — развитието на ротативни двигатели и прилагането на механизми (включително въведени в практиката решения като sun-and-planet заобикалящи патенти) за преобразуване на обратно движение в въртеливо подходящо за фабрични машини.
• Регулиращ механизъм (центробежен регулатор) — автоматично устройство за поддържане на оборотите на двигателя при променливо натоварване.

Патенти и предприятие

Уат получава патенти за своите изобретения и заедно с Матю Боултън организира производство и внедряване на двигатели в широк спектър от приложения — от водоотстраняване в мини до задвижване на текстилни машини и фабрични преси. Фирмата Boulton & Watt разпространява и поддръжа тези машини, което позволява бързото им навлизане в промишлената практика.

Влияние и наследство

Подобренията на Уат правят парната машина икономически жизнеспособен и универсален източник на механична енергия. Това ускорява механизацията на производството и допринася за масовото развитие на индустрията, транспорта и минното дело. За да илюстрира производителността на своите машини, Уат въвежда и понятието „horsepower“ (конска сила), с което клиентите лесно могат да сравняват мощността на парните машини с работата на конете.

Награди и признание

Уат е уважаван учен и предприемач — носител на признание от научните и търговски среди на своето време. Неговото име остава свързано с концепцията за енергия и мощност: единицата ват (W) за мощност е кръстена в негова чест, а неговите идеи и механизми се изучават и използват столетия след неговата смърт.

Личен живот и смърт

Уат е женен два пъти и има семейство; прекарва последните си години в Англия, близо до индустриалните центрове на Британия. Умира на 25 август 1819 г. в областта около Бърмингам (Handsworth). Неговата работа остава трайно наследство за инженерните науки и индустриалното общество.

Центробежен регулатор

Едно от многото подобрения на Уат е изобретяването на "центробежен регулатор", който автоматично регулира скоростта на двигателя. Това е най-очевидно при парните двигатели, където той регулира подаването на пара в цилиндъра (цилиндрите). Той се среща и в двигателите с вътрешно горене, в турбините с различно гориво, както и в някои съвременни часовници.

Центробежният регулатор е хомеостатично устройство, което регулира скоростта на двигателя чрез регулиране на количеството "междинно вещество" (пара), което задвижва машината. По този начин се поддържа почти постоянна скорост независимо от натоварването или условията на подаване на гориво. Той използва принципа на пропорционалното управление: това означава, че спирането на (в случая) парата се променя в зависимост от скоростта на машината.

При устройството за летящи топки на Уат, когато машината се ускорява, топките летят по-бързо. С по-бързото обикаляне те се отдалечават от централния стълб. Когато се отдалечават от централния стълб, те затварят по-здраво подаването на пара. По този начин машината се забавя, топките се въртят по-бавно и пропускат повече пара в цилиндрите. Освен това системата има предпазен изпускателен клапан, който позволява излишната пара да излезе, без да задвижи колелата. Между 1775 г. и 1800 г. фирмата Boulton & Watt произвежда 500 двигателя.

По-късно този вид обратна връзка се превръща във важен инструмент на кибернетиката.

Центробежен регулатор в двигател на Boulton & Watt от 1788 г.


Чертеж на центробежен регулатор "flyball"

Въпроси и отговори

В: Кой е Джеймс Уат?

В: Джеймс Уат ли е изобретил първата парна машина?

В: Какъв е приносът на Джеймс Уат за развитието на парната машина?

Въпрос: Кои парни машини са се използвали, преди Джеймс Уат да започне работата си по тях?

В: За какво е признат Джеймс Уат?

В: Как Джеймс Уат преобразува двигателя на Нюкомен?

В: С какво е удостоен Джеймс Уат?

Търсене по буква