瓦特：自动化时代的开创者

蒸汽机这一伟大发明将整个人类文明推进了一个时代。瓦特是当之无愧的现代化先驱者。

在世界近代科技史中,瓦特于1787 年发明的安装在蒸汽机上的离心式调节器,是世界上第一个典型的自动化装置。 他将蒸汽机转变成一种具有实际使用价值的动力设备,第一次世界工业革命由此引发。

瓦特于1736年出生在英国造船中心格拉斯哥附近的格林诺克小镇。 瓦特的父亲曾经是造船工人,他的祖父和叔父都是从事机械制造的工人,家庭环境影响下,瓦特在青少年时期对许多机械原理和制作技术已经很熟悉。

瓦特

据说瓦特在很小的时候,曾经将壶嘴堵住,观察蒸汽的力量对壶盖进行冲击。 对这一现象他产生了浓厚的兴趣,开始了孜孜不倦的探索。 随后瓦特来到格里诺克文法学校进修,因体弱多病,只好退学回家。 在这段时间内,瓦特常常和他的父亲进工厂学习制作机械模型、仪器,进行电学以及化学实验。 瓦特于15岁学完了《物理学原理》并学习了大量的木工、金属冶炼和加工等工艺技术。 1753 年,瓦特在钟表店中学习精密的手表制造工艺。 随后又成为著名的机械师摩尔根的学徒。 经过一番努力之后,瓦特能够制造制造工艺要求较高的罗盘、象限仪、经纬仪等。 1756 年,瓦特进入格拉斯哥大学,成为一名仪器修理员,这在瓦特的人生中具有转折性的改变。 主要是因为格拉斯哥大学拥有领先世界的先进技术以及较完善的仪器设备,为他的工作创造了良好的技术条件。 最主要的是在格拉斯哥大学他结识了英国化学家、物理学家J.布莱克等著名学者,在这里可以经常跟他们讨论改进蒸汽机的理论和技术问题。 这对后来蒸汽机的发明影响非常巨大。

瓦特发明蒸汽机(www.xing528.com)

1764年,学校请瓦特修理一台纽可门式蒸汽机,在修理的过程中,瓦特逐渐熟悉了这台蒸汽机的构造和原理,并且发现了这种蒸汽机的两个缺点:蒸汽机浪费原料,利用率低;活塞动作不连续而且慢。 1765 年,瓦特发明了把冷凝过程从汽缸中分离出来的分离式冷凝器。 在蒸汽机的发展进程中冷凝器的出现具有决定性的作用。 1768 年,瓦特制成了一台单动作蒸汽机,它使用的是汽缸外设置绝热层、用油润滑活塞等各种新技术,蒸汽效率大大提高了,耗煤量只有纽科门机的四分之一,速度也更快。 1776 年这种机器开始在厂矿使用。 1781年,瓦特发明了行星式齿轮,使蒸汽机活塞运动方式由往运动变成旋转运动。 1782 年瓦特发明了功率强劲的“双动作蒸汽机”,并利用飞轮将蒸汽机运转的不稳定性问题解决了。 1784 年平行运动连杆机构由瓦特发明,从而解决了双动作蒸汽机的构造问题。 1788 年瓦特又发明了离心式调速器和节气阀,解决了蒸汽机运转速度的控制问题。 1790年发明了蒸汽机配套用压力计。

到这个时候,瓦特对蒸汽机的整套发明过程宣告完成了。 经过他的一系列发明和改进,蒸汽机的效率比纽科门机提高3倍多,而且配套齐全、性能卓越、切合实用。 瓦特从此被人们称为高效率瓦特蒸汽机的发明者的称号。 并且他的发明迅速运用于采矿、纺织、冶炼和交通运输等方面,极大地推动了英国和欧洲的第一次工业革命,使世界进入了自动化时代。 而且由于瓦特蒸汽机的诞生及其广泛应用,直接推动了热力学理论的研究和发展。

瓦特的成就不仅是在蒸汽机的发明和改进上,在其他方面也有卓越的贡献。 例如他发明了压容图,用图示的形式说明了蒸汽压力如何随汽缸的有效容积而变动,后因为克拉珀龙的工作得以在热力学、热机效率研究中广泛应用;他引入了第一个功率单位:马力;他还发明了复写墨水及其他一些仪器。 由于瓦特对科学技术发展作出的巨大贡献,1785年被选为伦敦皇家学会会员;1806年被授予格拉斯哥大学法学博土头衔;1814年,他被法国科学家学会接纳为外国会员。

瓦特于1819年8 月19 日在伯明翰附近的希斯菲德逝世。 为了纪念瓦特这一作出巨大贡献的发明家,国际单位制中功率以瓦特为单位,1832 年英国人在格拉斯哥市乔治广场还塑造了一座瓦特铜像。