James Watt(詹姆斯·瓦特),英國皇家學會院士,愛丁堡皇家學會院士,是蘇格蘭著名的發明家和機械工程師。他改良了紐科門蒸汽機,奠定了工業革命的重要基礎,是工業革命時的重要人物。 他發展出馬力的概念以及以他名字命名的功率的國際標準單位——瓦特。
1736年1月19日,瓦特生於蘇格蘭格拉斯哥附近克萊德灣上的港口小鎮格林諾克。瓦特的父親是熟練的造船工人併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出身於壹個貴族家庭併受過良好的教育。他們都屬於基督教長老會併且是堅定的誓約派。儘管瓦特出自於宗教家庭,但他後來還是成爲了自然神論者。
瓦特小時候因爲體弱多病去學校的時間不多,主要的教育都是由母親在家裏進行。瓦特從小就表現出了精巧的動手能力以及數學上的天分,併且接受了很多蘇格蘭民間傳說與故事。
瓦特17歲的時候,母親去世了,而父親的生意開始走下坡路。瓦特到倫敦的壹家儀表修理廠作了壹年的學徒,然後回到蘇格蘭格拉斯哥打算開壹家自己的修理店。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年學徒,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。
1757年,格拉斯哥大學的教授提供給瓦特壹個機會,讓他在大學裏開設了壹間小修理店,這幫助瓦特走出了困境。其中的壹位教授,物理學家與化學家約瑟夫·布萊克更是成了瓦特的朋友與導師。
瓦特的小店開業4年後,他對蒸汽機產生興趣,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壹台可以運轉的蒸汽機,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併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,但瓦特當時併不知情)。
1763年,瓦特得知格拉斯哥大學有壹台紐科門蒸汽機(Newcomen steam engine),但是正在倫敦修理,他請求學校取回了這台蒸汽機併親自進行了修理。修理後這台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壹次,氣缸裏的蒸汽都要先冷凝,然後再加熱進行下壹次推動,從而使得蒸汽80%的熱量都耗費在維持氣缸的溫度上面。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,併在此基礎上很快建造了壹個可以運轉的模型。
但是要想建造壹台實際的蒸汽機還有很長的路要走。首先是資金,布萊克教授提供了壹些幫助,但更多的資助來自於約翰·羅巴克。羅巴克是壹位成功的企業家,著名的卡倫鋼鐵廠的擁有者,在羅巴克的讚助下,瓦特開始了新式蒸汽機的試製,併成爲新公司的合夥人。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序上。由於資金的短缺,瓦特不得不另找了壹份運河測量員的工作,併壹幹就是8年。這之後,羅巴克破產,相關專利都由伯明翰壹間鑄造廠老闆馬修·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設備資金以及技術上的支持,特別是在加工製造工藝方面。新型蒸汽機製造的壹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壹種新的精密镗孔加工技術,可以用於蒸汽機的製造。終於在1776年,第壹批新型蒸汽機製造成功併應用於實際生產。這批蒸汽機由於還隻能提供往復直線運動而主要應用於抽水泵上。
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爲圓週運動,以便使得蒸汽機能爲絕大多數機器提供動力。壹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,這壹要求被瓦特堅決地拒絕了。1781年,瓦特公司的雇員威廉·默多克(William Murdoch)發明了壹種稱爲“太陽與行星”的曲柄齒輪傳動係統,併以瓦特的名義成功申請了專利。這壹發明繞開了曲柄專利的限製,極大地擴展了蒸汽機的應用。
之後的6年裏,瓦特又對蒸汽機作了壹係列改進併取得了壹係列專利: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,而不是以前那樣隻能單向推動;使用節氣閥門與離心節速器來控製氣壓與蒸汽機的運轉;發明了壹種氣壓示工器來指示蒸汽狀況;發明了叁連杆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壹起,使得瓦特的新型蒸汽機的效率是紐科門蒸汽機的5倍。