Михаил Стародумов - Замечательные изобретения известных людей авторство которых забыто

Зимой 1763 года к нему обратился профессор физики университета Глазго Джон Андерсон с просьбой отремонтировать действующий макет паровой машины Ньюкомена. Макет был оснащен 2-дюймовым цилиндром и имел рабочий ход поршня в 6 дюймов. Уатт провел ряд экспериментов, в частности, заменил металлический цилиндр на деревянный, смазанный льняным маслом и высушенный в печи, уменьшил количество поднимаемой за один цикл воды, и макет наконец заработал. При этом Уатт убедился в неэффективности машины и внёс в конструкцию многочисленные усовершенствования. Уатт показал, что почти три четверти энергии горячего пара тратятся неэффективно: при каждом цикле пар должен нагревать цилиндр, так как перед этим в цилиндр поступала холодная вода, чтобы сконденсировать часть пара для уменьшения давления. Таким образом, энергия пара тратилась на постоянный разогрев цилиндра, вместо того чтобы быть преобразованной в механическую энергию.

Уатт провел ряд опытов над кипением воды, изучал упругость водяных паров при различных температурах. Теоретические и опытные изыскания привели его к пониманию важности скрытой теплоты. Опытным путём он установил, что вода, превращённая в пар, может нагреть до кипения в шесть раз большее количество воды. Уатт сделал вывод: «.Для того чтобы сделать совершенную паровую машину, необходимо, чтобы цилиндр был всегда так же горяч, как и входящий в него пар; но, с другой стороны, сгущение пара для образования пустоты должно происходить при температуре не выше 30 градусов Реомюра (37,5 °C)». Уатту остался шаг до того, чтобы отделить «сгущение пара» от цилиндра и осуществлять его в отдельном сосуде. Однако на этот шаг у него ушло очень много времени, ничего не придумывалось до 1765 года.

Первым значительным усовершенствованием, которое Уатт запатентовал в 1769 году, была изолированная камера для конденсации. В этот же год ему удалось построить действующую модель, работающую по этому принципу. Однако создать полноразмерную машину не получалось. Не хватало денег на материалы. Некоторую помощь ему оказал Джозеф Блэк, а основная поддержка пришла от Джона Роубака, основателя легендарной Carron Company. Во время работы над усовершенствованием машины Уатт жил в поместье Роубака. Основная сложность заключалась в том, чтобы заставить работать поршень и цилиндр. Металлопроизводство того времени было не способно обеспечить нужную точность изготовления.

Роубак в итоге обанкротился, и новым спонсором Уатта стал Мэттью Болтон, владелец литейного завода в Бирмингеме, где работали высокопрофессиональные литейщики. Проблема изготовления цилиндра большого диаметра и соответствующего поршня с необходимой точностью была решена Джоном Уилкинсоном, который разработал соответствующую технологию на заводе, выпускающем пушечные ядра в Рексеме в Северном Уэльсе.

Попытки Уатта поставить свои изобретения на коммерческую основу не имели успеха, пока он не взял в компаньоны Мэттью Болтона. Совместная компания «Болтон и Уатт» успешно действовала двадцать пять лет, в результате чего Уатт стал весьма состоятельным человеком.

Уатт в 1782 году изобрёл машину двойного действия. Машина Ньюкомена была прежде всего машиной водоподъемной и применялась главным образом в горном деле. Между тем и для других отраслей быстроразвивающейся промышленности требовался механический двигатель. Уатт и поставил перед собой задачу сделать паровую машину универсальным двигателем. Для этого было необходимо преобразовать качательное движение балансира в непрерывное вращение вала. Уатт соорудил модель, работающую с помощью нового механизма — кривошипа.

Но он не подал вовремя заявку на патент, и в следующем, 1780 году, патент на применение кривошипа к «огневой машине» взял инженер Пикар. Уатту пришлось придумывать новые способы решений той же задачи, чтобы обойти патент Пикара. В 1781 году Уатт поручил Болтону взять патент на целых пять «новых методов». Все они были испытаны Болтоном. Первые четыре оказались мало пригодными. Практическое значение получил только пятый. Он пришел Уатту в голову уже после того, как первые четыре были посланы Болтону для взятия патента. Этот «пятый метод» носит название планетного движения.

Вместе с более мелкими усовершенствованиями это изобретение позволило увеличить производительность паровой машины в четыре и более раз. Кроме того, сама машина стала легко управляемой.

В 1780 году Уатт изобрел и запатентовал портативный копировальный пресс, который состоял из коробки, в которой были отделения для карандашей, ручки, линейки и бумаги, а также специальный отсек для копировальной бумаги. В металлизированной коробке был запас краски и воды на 24 листа копирования.