2024年3月29日 星期五
农历甲辰年 二月二十
繁體中文
登录 | 注册

发明家瓦特诞辰


2022-01-19  |  国语 |  粤语 【字号】

James Watt(詹姆斯·瓦特),英国皇家学会院士,爱丁堡皇家学会院士,是苏格兰著名的发明家和机械工程师。他改良了纽科门蒸汽机,奠定了工业革命的重要基础,是工业革命时的重要人物。 他发展出马力的概念以及以他名字命名的功率的国际标准单位——瓦特。

1736年1月19日,瓦特生于苏格兰格拉斯哥附近克莱德湾上的港口小镇格林诺克。瓦特的父亲是熟练的造船工人并拥有自己的船只与造船作坊,还是小镇的官员。瓦特的母亲Agnes Muirhead出身于一个贵族家庭并受过良好的教育。他们都属于基督教长老会并且是坚定的誓约派。尽管瓦特出自于宗教家庭,但他后来还是成为了自然神论者。

瓦特小时候因为体弱多病去学校的时间不多,主要的教育都是由母亲在家里进行。瓦特从小就表现出了精巧的动手能力以及数学上的天分,并且接受了很多苏格兰民间传说与故事。

瓦特17岁的时候,母亲去世了,而父亲的生意开始走下坡路。瓦特到伦敦的一家仪表修理厂作了一年的学徒,然后回到苏格兰格拉斯哥打算开一家自己的修理店。尽管当时苏格兰还没有类似的修理店,但是由于他没有做够要求的7年学徒,他的开店申请还是被格拉斯哥的锤业者行会(管理所有使用锤子的工匠)拒绝了。

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·布莱克更是成了瓦特的朋友与导师。

瓦特的小店开业4年后,他对蒸汽机产生兴趣,在朋友罗宾逊教授的引导下,瓦特开始了对蒸汽机的实验。直到此时,瓦特也还从未亲眼见过一台可以运转的蒸汽机,但是他开始建造自己的蒸汽机模型。初步的实验失败了,但是他坚持继续实验并且阅读了所有他能找到的有关蒸汽机的材料,独立地发现了潜热的重要性(尽管这在好几年前就被布莱克教授发现了,但瓦特当时并不知情)。

1763年,瓦特得知格拉斯哥大学有一台纽科门蒸汽机(Newcomen steam engine),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。

但是要想建造一台实际的蒸汽机还有很长的路要走。首先是资金,布莱克教授提供了一些帮助,但更多的资助来自于约翰·罗巴克。罗巴克是一位成功的企业家,著名的卡伦钢铁厂的拥有者,在罗巴克的赞助下,瓦特开始了新式蒸汽机的试制,并成为新公司的合伙人。试制中的主要困难还在于活塞与气缸的加工制造工艺上。当时的工艺水平下钢铁工人更像是铁匠而不是机械师,所以制造的结果很不满意。此外由于当时的相关专利申请需要国会的认可,大部分的资金都花费在相关程序上。由于资金的短缺,瓦特不得不另找了一份运河测量员的工作,并一干就是8年。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(John Wilkinson)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(John Steed)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(William Murdoch)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。

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纽科门蒸汽机的5倍。



声明:时刻新闻编辑发布的文章并不代表时刻新闻的立场或观点。

 分享到Twitter 分享到Facebook 分享到Telegram




相关文章

  1. 在台湾 想做和平主义者不容易 忧“修昔底德陷阱”
  2. 全球顶级芯片制造商:最糟糕的时期很快会过去
  3. 博尔顿4月底将访台湾 2024美总统参选人中首位
  4. 特斯拉自动驾驶功能官司获得压倒性胜利 未失灵
  5. 在美国买宝马等非美国生产电动车 无抵税资格
  6. 清明节传喜讯 中国殡葬专利全球第一 恐怖的50%
  7. 美国制造商撤出 空客逆流而上在中国建第2条总装线
  8. 恼怒的习近平试图报复美国的芯片限制 有一些筹码
  9. 美国祭出芯片管制新规 将屏蔽中国囤积西方芯片
  10. 美国食品原材料价格下降 为何零售价却居高不下
  11. 出国抢订单 大多中国老板空手而归 听听他们怎么说
  12. 习近平赴人大江苏团 强调科技创新与制造业升级

关于我们 | 使用条款 | 隐私策略 | 联系我们
©2024 时刻新闻 TN20240329061509