改良蒸汽机 瓦特造就工业转捩点

黄凯西
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詹姆斯‧瓦特(James Watt)是蒸汽机的发明人。18世纪第一次工业革命正是因为有了瓦特的发明,把制造业从人手操作推向机械化,蒸汽机就像是为工业革命插上了翅膀,造成人类社会一个剧烈的变动。

童年体弱 不适学校生活

1736年1月19日,瓦特生于苏格兰的港口小镇格里诺克(Greenock)。瓦特的父亲是熟练的造船工人,拥有自己的船只与造船作坊;母亲出身于一个贵族家庭,受过良好的教育,家庭经济状况小康。

瓦特一生下来就体弱多病,他又小又瘦,备受病痛的折磨,因此没有像其他同龄人一样按时上学。

母亲除了悉心照顾他的身体外,也是他的启蒙老师,教他语言、文学、历史等知识;父亲教他数学,还给了他一套木工用具的玩具。瓦特从小就表现出了精巧的动手能力以及数学上的天分,他也很有机械头脑,常用工具自制出各种模型。

到了11岁时,瓦特被送进学校,接受正规教育。离开了家人的庇护,他第一次与同龄人生活在一起。

他不习惯吵吵嚷嚷的学校生活,更不懂得怎样与同学相处,因此常常成为同学欺负、嘲弄的对象,这使得他更加孤独自怜、缺乏自信。13岁时,他转学到一家新学校,在老师的帮助下,性格才有所改变,学业也蒸蒸日上。但过没多久,他又因病退学,从此告别了学校生活。

后来在父亲的工厂里,他学到许多机械制造知识,并学会了如何维修及制造一些海事辅助仪器,如四分仪、指南针、望远镜等。15岁时,他立下志愿要作一位科学仪器的制造人。

家逢巨变 经济陷入困境

1753年,瓦特的母亲逝世了,失去了慈母,对他来说是个不小的打击,而雪上加霜的,是父亲的生意也由于经营不善而濒临破产。家庭经济陷入困境,为了减轻父亲的负担,瓦特决定到母亲的故乡格拉斯哥(Glasgow)学一门技艺。他在格拉斯哥工作了一年,却发现自己的技术没有进步。

后来,格拉斯哥大学教授迪克(Robert Dick)介绍一位相当有名望的仪器制造师修特,瓦特因此收拾行囊,带着迪克教授的介绍信,启程来到了伦敦,一心想学习更精深的技术。

令人失望的是,修特不想收他为徒,婉拒了他。他向瓦特另外介绍了几位行家。瓦特挨家一一拜访,期望有人能收他为徒,可是他的年龄偏大,又不是本行的学徒,加上当时的公会行规规定非常严格,因此四处碰壁,得到的的结果都一样令人失望。

学徒生涯 靠意志力度过

正当他的处境快要跌入谷底时,幸好有一位技艺高超的制造商摩根(John Morgan),毫不理会公会的规定,敢于收他为徒。可是摩根提出了相当严苛的条件,即学徒的学习时间只有一年,且必须无偿的工作一年,另外还要支付一笔训练费用。在遭到多次的拒绝后,瓦特不多加思索就答应了。

原本要花几年时间学习的技艺,在一年中就要学成,瓦特晚睡早起,竭尽心力的学习和工作,每天工作十小时以上。他刻苦学习、钻研技术,很快的就后来居上,超越了在摩根公司待了两年以上的正式学徒。但繁重的工作使得从小体弱多病的他,病又复发了,凭着坚强的意志,他在伦敦坚持的待了下来,直到学徒期满。

一年后回到格里诺克老家时,瓦特已成了手艺高明的轮盘、指南针、量重机制造人。

故乡港口的海风吹拂、悠闲的生活、以及营养的补充,他的身体渐渐的恢复了健康。为了生计,瓦特再度来到格拉斯哥。

成功转折 任仪器制造师

1757年,格拉斯哥大学的教授约瑟夫‧布莱克(Joseph Black)提供给瓦特一个机会,聘用他为正式“数学仪器制造师”,让他在大学里开设了一间小修理店。在这期间,许多学者、专家经常到修理店,瓦特与这些大学教授、学者们交往,获得了珍贵的友谊,也学到各种科学知识。这是他人生中的一个转折点,也是迈向成功之路最重要的起点。
 


本图描述瓦特工作时的模样。

1763年底,瓦特接受格拉斯哥大学的委托,修理一台纽考门式蒸气机的模型,从此开启瓦特改良蒸气机的研究之路。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,瓦特发现它浪费太多蒸汽,以致不能产生较大的动力。他花了一年的时间钻研,终于找到解决的方法。他在机器里附加了分体冷凝装置,又把汽缸隔离起来,使蒸汽机的效率大大提高。

着手发明 与企业家合作

瓦特想要建造一台实际的蒸汽机,但这并非一件容易的事。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企业家约翰‧罗巴克(John Roebuck)。在罗巴克的赞助下,瓦特开始了新式蒸汽机的试制。

罗巴克帮瓦特申请了专利,但两人的合作并不尽人意,罗巴克并未给瓦特全力的经济资助,为了维持生计,瓦特不得不另找了一份运河测量员的工作,四处奔波,并且一做就是8年。

后来,罗巴克破产,相关专利都由伯明罕一间铸造厂老板马修‧博尔顿(Matthew Boulton)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,瓦特得到了更好的设备、资金以及技术上的支持。1776 年,第一批新型蒸汽机终于制造成功并应用于实际生产。


马修‧博尔顿的画像。博尔顿是瓦特的第二名合伙人,他提供了瓦特充足的资源。

后来,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。1781年,瓦特公司的雇员威廉‧默多克(William Murdoch)发明一种称为“太阳与行星”的曲柄齿轮传动系统,扩展了蒸汽机的应用。

喜欢研究思考的瓦特,还有很多其他发明,比如他发明一种新的利用望远镜测距的方法,一种新的透印印刷术、压印机,以及机械图纸着色法。1800年瓦特的专利与博尔顿的合作到期,他俩同年退休,但他们的合作延续到下一代。

1819年8月25日,83岁的瓦特于英国斯塔福德郡汉兹沃斯(Handsworth, Staffordshire)的家中去世。为纪念瓦特的贡献,国际单位制中的功率单位以瓦特命名。

瓦特不是第一个发明蒸汽机的人


瓦特所改良的蒸气机模型。

瓦特其实并不是第一个发明蒸汽机的人,他是在原有的纽科门蒸汽机基础上改良成新式蒸汽机结构。但瓦特蒸汽机被广泛地应用在工厂,几乎成为所有机器的动力,大大地改变了人们的工作生产方式,不再依靠肌力及自然力,自此拉开了工业革命的序幕。后来,人们在他的发明基础上,经过不断的努力,引入更高气压的蒸汽,蒸汽火车、蒸汽轮船很快地相继问世。◇

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