Главные факты об изобретателе

Дж. Уатт был шотландским изобретателем и механиком (1736-1819). За годы своей инженерной деятельности, прославился многими новаторскими изобретениями и открытиями:

  1. foto48359-2Первым ввел понятие измерения механической мощности, приравняв ее к лошадиной силе.

    Впоследствии, единица мощности стала носить имя самого изобретателя «Ватт».

  2. Открыл самый точный состав воды. В 1781 год им была выведена зависимость нагрева и охлаждения, от количества примесей в воде.
  3. Изобрел, ввел в использование паровой манометр для контроля давления пара.
  4. Изобрел первые копировальные чернила, машину для создания копий текста, названную впоследствии копировальным прессом. Открытие сделано в 1780 году.
  5. Внес в технический прогресс того времени вклад по переходу от живой тяговой силы к механической.

Уатту удалось усовершенствовать свой паровой двигатель до полностью универсального устройства. Теперь двигатель мог использоваться в любых сферах промышленности, а не только в качестве насоса для откачивания воды из шахт.


Когда изобрел, год создания

Паровая машина Д.Ватта увидела свет только в 1781 году. Но патент на изобретение ученый получил намного раньше: в 1769 году.

Причиной такой разницы стали многочисленные доработки и усовершенствования с целью отойти от принципа паровой машины как насоса. Уатт смог сделать универсальное устройство, которое прославило его.

Кратко об истории изобретения

Интересоваться вопросом работы паровых машин Уатт стал с 1759 года. Именно в это время он начинает задумываться о явлении влияния пара и его давления. В качестве опытных образцов были взяты машины Севери и Папена. По причине множества технологических изъянов этих устройств, изобретатель прекратил изыскания в этой сфере.

В 1763 году, уже имея репутацию инженера-механика, изобретатель получает заказ на ремонт действующего образца двигателя Ньюкомена. На тот момент это была единственная паровая машина, которую использовали в промышленности (в качестве насоса).

Именно с этой машины Уатт начал исследования в области парового давления, конденсации, повышения КПД двигателя, его широкого использования в промышленности.

До создания первой паровой машины Уатт смог воплотить в жизнь ряд следующих технических дополнений:

  1. Открыл необходимость постоянного подогрева гильзы цилиндра для снижения расхода горючего (пара) и повышения КПД двигателя.
  2. Применил принцип изолированной конденсации за счет установки отдельной камеры сбора отработанного пара.
  3. Помог рассчитать и произвести металлический поршень с гильзой больших диаметров.
  4. Изобрел кривошип и балансир вала двигателя.
  5. Рассчитал и использовал в конструкции машины явление планетного движения, что позволило значительно увеличить КПД и управляемость устройства.

Все эти разработки позволили Уатту изобрести двигатель, кардинально отличавшийся от предшественников и создать задел на дальнейшее развитие этой сферы.

Фото

foto48359-3
foto48359-4
foto48359-5

Принцип работы и действия, схема

Благодаря совершенно новым техническим элементам, машина Уатта считалась универсальной. Она состояла из следующих элементов:


  • отдельного котла;
  • двух цилиндров с поршнями, причем первый, по принципу работы, можно считать золотниковым клапаном, а второй — рабочим цилиндром;
  • двух штоков;
  • центральной передаточной тяги;
  • кривошипа;
  • центробежного регулятора;
  • махового колеса.

Как работала первая универсальная машина? Принцип работы заключался в следующем:

  1. При нагреве воды в котле образовывался пар.
  2. По трубке пар попадал в первый поршень, сдвигая его до упора.
  3. Вместе с поршнем смещался его шток, толкая передаточную тягу.
  4. Тяга толкала шток второго поршня. При этом в момент толчка поршня в верхнее положение, в первом перекрывался верхний газовый канал и открывался задний. Таким образом толчок тяги дополнялся энергией парового давления.
  5. Из верхнего положения поршень толкал пар через открывшийся канал. При этом задний канал перекрывался.
  6. Таким образом создавалось поступательное движение поршней. Оно передавалось на маховое колесо через шток и кривошип.
В конструкции также использовался регулятор давления. Он позволял управлять числом оборотов двигателя. При этом температура пара в общей системе не уменьшалась.

Изобретатель смог значительно увеличить КПД своего двигателя. Сделал он это за счет следующих элементов:

  1. foto48359-62 поршня работали взаимосвязано.
  2. Основной рабочий поршень был всегда нагрет. Температура не опускалась ниже температуры пара.
  3. Система каналов и двойной впрыск пара позволяли использовать один объем газа для двух тактов поршня.
  4. В первом поршне создавался конденсат, который выводился в отдельную систему и возвращался в котел.
  5. Система планетарного движения делала машину универсальной. Она подходила для стационарного и подвижного оборудования.

КПД первых паровых машин не превышал 10 %. Уатт смог поднять эту характеристику до 25 %.

Чем отличался от аппарата Ньюкомена?

Машины двух изобретателей кардинально отличались. К основным отличиям машины Уатта от машины Ньюкомена можно отнести:

  • увеличенный диаметр гильзы и поршня;
  • наличие отдельного конденсатора отработанных газов;
  • двойной впрыск пара;
  • систему регулировки давления;
  • увеличенный КПД;
  • увеличенную длину хода поршня.
Также отличительной особенностью являлась универсальность машины. Ее можно было использовать во многих сферах промышленности и транспорта.

Особенности

У машины Уатта было ряд конструктивных особенностей, которые заложили базу дальнейшего развития паровых двигателей:

  1. Применение дополнительного поршня в качестве распределителя пара. Поршневая камера использовалась как конденсатор и распределитель, а также позволяла осуществлять обратный ход основного поршня.
  2. Использование регулятора оборотов. Теперь работу вспомогательной машины можно было регулировать или останавливать без вреда для давления и температуры пара.
  3. Наличие махового колеса и кривошипа позволяло передать поступательное движение и извлечь из него максимальный КПД.
  4. Уатт смог увеличить КПД двигателей с 8-10 % до 25-30%. Что сказалось на экономии топлива и эффективности использования машины.

Новые разработки инженера дали скачок развития промышленности. Паровая машина, из разряда насосного оборудования, перешла в разряд универсальной и стала использоваться повсеместно.

Где использовалась?

foto48359-7Паровая машина Уатта нашла применение в следующих сферах:

  • в качестве насоса для откачки воды и ее подачи;
  • в качестве привода для различных механизмов (станки, прокатные валы, прессы);
  • в сельском хозяйстве, как привод дробилок и мельниц.

Уатт занимался усовершенствованием двигателя и смог применить его в качестве паровой машины на паровозе и пароходе.

Значение

С этим изобретением мир получил:

  1. Новые технические устройства для паровых машин: планетарный механизм, золотниковый клапан, регулятор давления и оборотов, манометр контроля давления.
  2. Промышленность получила более мощное оборудование, увеличение скорости производства и доставки.
  3. Стал развиваться более быстроходный транспорт.
  4. Сталелитейная промышленность стала производить гильзы и поршни для паровых машин. Для этого специально разрабатывались новый сплав и технология производства.
Универсальность машины двойного действия позволила миру получить более скоростное и производительное оборудование, открыть новые сферы хозяйства и начать отказ от использования живой силы.

Видео по теме статьи

О паровой машине Дж.Уатта расскажет видео:

Заключение

Двигатель Уатта стал по-настоящему ведущей разработкой того времени. Многие технологии, внедренные изобретателем, используются до сих пор, при разработках современных двигателей внутреннего сгорания и в иных сферах промышленности.