James Watt – skotlantilainen insinööri ja höyrykoneen kehittäjä
Tutustu James Wattin elämään ja merkittävään panokseen höyrykoneen kehityksessä — insinööri, joka käynnisti teollisen vallankumouksen ja antoi meille watin.
James Watt (19. tammikuuta 1736 - 19. elokuuta 1819) oli skotlantilainen matemaatikko ja insinööri. Hän ei keksinyt ensimmäistä höyrykonetta, mutta hän muutti sitä toimivammaksi. Muita patentoituja höyrykoneita (kuten Saveryn ja Newcomenin höyrykoneet) oli käytössä jo Wattin aloittaessa työnsä niiden parissa. Hänen tärkein panoksensa on höyrykoneen nykyaikaisen muodon kehittäminen. Wattin höyrykoneen katsotaan ajaneen 1700- ja 1800-luvun teollista vallankumousta. James Watt oli loistava insinööri, ja hän muokkasi myös Newcomenin moottorin.
Nykyään useimmat kunnioittavat häntä nimeämällä hänen mukaansa tehon yksikön, watin.
Elämä ja tausta
James Watt syntyi Greenockissa, Renfrewshiressä, Skotlannissa vuonna 1736. Alun perin hän opiskeli ja työskenteli instrumentintekijänä, mikä antoi hänelle käytännön taidot tarkkojen koneiden valmistuksessa ja korjauksessa. Hän vietti osan nuoruudestaan opiskellen Glasgow'n yliopistossa ja toimi myöhemmin yliopiston instrumentintekijänä. Näistä kokemuksista syntyi kiinnostus höyrykonetekniikkaan ja siihen liittyviin käytännön ongelmiin.
Keskeiset keksinnöt ja parannukset
Wattin merkittävin tekninen saavutus oli erillinen kondensaattori, jonka hän patentoi vuonna 1769. Tämä ratkaisu mahdollisti sen, että sylinteri pysyi kuumana samalla kun höyry tiivistyi erillisessä osassa, ja näin polttoaineenkulutus väheni huomattavasti verrattuna aiempiin Newcomen-tyyppisiin koneisiin.
Myös muita Wattin kehittämiä parannuksia:
- kaksivaikutteinen sylinteri (double-acting), jossa höyry työntää mäntää vuorotellen molemmista suunnista
- paralleeliliikkeen (parallel motion) linkki, joka muutti mäntän veto- tai työntöliikkeen sujuvasti suorakiertoiseksi liikkeeksi
- nopeussäätölaite (governor) koneen kierrosluvun vakauttamiseksi kuormituksen vaihdellessa
- rattaan ja mekanismien kehittämistä, joiden ansiosta mäntäliike voitiin muuttaa pyöriväksi liikkeeksi, mikä laajensi koneen käyttömahdollisuuksia tehtaisiin ja muihin voimansiirtojärjestelmiin
Yritysyhteistyö ja kaupallistaminen
Watt teki pitkän ja merkittävän yhteistyön liikenainen Matthew Boultonin kanssa; heidän yrityksensä Boulton & Watt alkoi toimia 1770-luvulla ja auttoi Wattin koneiden valmistusta ja levitystä teolliseen käyttöön. Boultonin kaupallinen kokemus ja Wattin tekninen osaaminen muodostivat tehokkaan yhdistelmän. He kokosivat yhdessä koneita ja myivät niitä kaivoksiin, sahoille, manufaktuuriteollisuudelle ja myöhemmin muille teollisuudenaloille.
Watt kehitti myös termin "horsepower" (hevosenvoima) arvioidakseen koneidensa tehoa asiakkaiden ymmärtämällä tavalla ja helpottaakseen vertailua perinteisiin vetovoiman lähteisiin.
Vaikutus teolliseen vallankumoukseen
Wattin parannukset tekivät höyrykoneesta taloudellisemman ja monikäyttöisemmän voimanlähteen. Kun sylinterin lämpöhäviöt vähentyivät ja koneet pystyivät tuottamaan pyörivää liikettä, höyrykoneita alettiin käyttää yhä laajemmin pumppaustöiden lisäksi tekstiili- ja muissa teollisuusprosesseissa. Tämä edisti teollistumista, tehtaita ja laajempaa koneellistumista 1700–1800-luvuilla.
Patentit, oikeudelliset asiat ja myöhemmät vuodet
Watt kohtasi sekä teknisiä että taloudellisia haasteita patentoidensa suojaamisessa ja koneiden valmistuksen skaalaamisessa. Hänen 1769 saamansa patentti erilliselle kondensaattorille ja myöhemmät patentit antoivat kuitenkin kilpailuetua, ja Boulton & Watt pystyi kaupallistamaan koneita laajamittaisesti. Watt jatkoi parannusten ja uusien sovellusten kehittämistä läpi elämänsä, vaikka suurin osa hänen merkittävistä patenttisuojista umpeutui 1800-luvun alussa.
Perintö
James Wattin vaikutus on sekä tekninen että kulttuurinen: hän teki höyryvoimasta käytännöllisen ja taloudellisen energialähteen, mikä muutti tuotantoa, liikennettä ja yhteiskuntaa laajemmin. Hänen nimeään kantaa nykyisin kansainvälinen tehojen yksikkö watti, joka kuvaa energiaa siirtymää tai työtehoa (1 W = 1 J/s). Monissa maissa hänen elämäänsä ja töitään muistetaan museoissa, patsaissa ja teollisuushistoriallisissa näyttelyissä.
James Wattin muotokuva
Old Bess , vanhin säilynyt puomikone, jonka Matthew Boulton ja James Watt rakensivat vuonna 1777. Tiedemuseo, Lontoo
Elämäkerta
James Watt syntyi 19. tammikuuta 1736 Greenockissa, Renfrewshiressä. Hänen isänsä oli laivanrakentaja, laivan omistaja ja urakoitsija, ja hän toimi kaupungin päävoutina. Hänen äitinsä, Agnes Muirhead, oli kotoisin arvostetusta perheestä ja hyvin koulutettu. Molemmat olivat presbyteerisiä ja vahvoja covenanttilaisia. Wattin isoisä Thomas Watt opetti matematiikkaa ja oli Cartsburnin paronin baillie. Watt ei käynyt koulua joka päivä. Aluksi hänen äitinsä opetti häntä enimmäkseen kotona, mutta myöhemmin hän kävi Greenockin kielikoulua. Hän osoitti suurta kädentaitoa ja luontaista kykyä matematiikkaan, vaikka latina ja kreikka eivät kiinnostaneetkaan häntä. Hän omaksui myös skotlantilaisten legendoja ja taruja.
Keskipakosäädin
Yksi Wattin lukuisista parannuksista oli "keskipakosäätimen" keksiminen moottorin nopeuden automaattiseksi säätämiseksi. Tämä on ilmeisintä höyrykoneissa, joissa se säätelee höyryn pääsyä sylinteriin (sylintereihin). Sitä on myös polttomoottoreissa ja erilaisilla polttoaineilla toimivissa turbiineissa sekä joissakin nykyaikaisissa lyöntikelloissa.
Keskipakosäädin on homeostaattinen laite, joka säätelee moottorin kierroslukua säätelemällä koneen käyttövoimana toimivan "väliaineen" (höyryn) määrää. Näin nopeus pysyy lähes vakiona kuormituksesta tai polttoaineen syöttöolosuhteista riippumatta. Se käyttää proportionaalisen ohjauksen periaatetta: tämä tarkoittaa, että (tässä tapauksessa) höyryn pysäyttäminen vaihtelee koneen nopeuden mukaan.
Wattin lentopallolaitteessa pallot lentävät nopeammin, kun kone nopeutuu. Kun ne lentävät nopeammin, ne siirtyvät kauemmas keskipylväästä. Kun ne liikkuvat kauemmas keskipylväästä, ne sulkevat höyrynsyötön tiukemmin. Näin tehdessään kone hidastuu ja pallot pyörivät hitaammin, jolloin sylintereihin pääsee enemmän höyryä. Lisäksi järjestelmässä on varoventtiili, jonka avulla ylimääräinen höyry pääsee poistumaan ilman, että pyörät pyörivät. Yritys rakensi 500 Boulton & Wattin moottoria vuosina 1775-1800.
Myöhemmin tällaisesta palautesilmukasta tuli tärkeä kybernetiikan väline.
Keskipakosäädin Boulton & Wattin moottorissa vuodelta 1788.
Piirustus keskipakoisesta "flyball"-ohjaimesta.
Kumppanuus
Watt ryhtyi yhteistyöhön Midlands Lunar Societyn jäsenen Matthew Boultonin kanssa. Boulton & Wattin yritys suunnitteli ja rakensi höyrykoneita, ja se oli erittäin tärkeä teollisen vallankumouksen kannalta.
Sohon valimot
Aluksi osakkuusyhtiö laati vetureiden piirustukset ja tekniset tiedot ja valvoi niiden pystyttämistä asiakkaan kiinteistölle. He eivät valmistaneet juuri lainkaan osia itse. Watt teki suurimman osan työstään kotonaan Harper's Hillissä Birminghamissa, kun taas Boulton työskenteli Sohon manufaktuurissa.
Vähitellen osakkaat alkoivat valmistaa yhä enemmän osia, ja vuonna 1795 he ostivat kiinteistön noin kilometrin päässä Sohon tehtaasta Birminghamin kanavan rannalta. Sinne he rakensivat uuden valimon moottoreiden valmistusta varten. Sohon valimo avattiin vuonna 1796, jolloin Wattin pojat Gregory ja James Jr. osallistuivat vahvasti yrityksen johtamiseen. Vuonna 1800, jolloin Watt jäi eläkkeelle, yritys valmisti yhteensä neljäkymmentäyksi moottoria.
Watt jäi eläkkeelle vuonna 1800, samana vuonna kuin hänen peruspatenttinsa ja kumppanuutensa Boultonin kanssa päättyi. Kuuluisa kumppanuus siirtyi miesten pojille, Matthew Robinson Boultonille ja James Watt Jr:lle. Yrityksen pitkäaikainen insinööri William Murdoch otettiin pian osakkaaksi, ja yritys kukoisti.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Kuka on James Watt?
V: James Watt oli skotlantilainen matemaatikko ja insinööri, joka oli kuuluisa panoksestaan höyrykoneen nykyaikaisen muodon kehittämiseen.
K: Keksikö James Watt ensimmäisen höyrykoneen?
V: Ei, James Watt ei keksinyt ensimmäistä höyrykonetta.
K: Mikä oli James Wattin panos höyrykoneen kehittämiseen?
V: James Wattin tärkein panos höyrykoneen kehittämiseen oli sen muuttaminen toimivammaksi ja höyrykoneen nykyaikaisen muodon kehittäminen.
Kysymys: Mitä höyrykoneita oli käytössä ennen kuin James Watt aloitti työt niiden parissa?
V: Muita patentoituja höyrykoneita, kuten Saveryn ja Newcomenin höyrykoneita, oli käytössä ennen kuin James Watt aloitti työnsä niiden muuttamiseksi.
Kysymys: Mistä James Wattin ansioita pidetään merkittävinä?
V: James Wattin katsotaan johtaneen 18. ja 1800-luvun teollista vallankumousta Wattin höyrykoneen avulla.
K: Miten James Watt muutti Newcomenin moottoria?
V: James Watt muutti Newcomenin moottoria lisäämällä siihen erillisen lauhduttimen, mikä vähensi energian hukkaa ja teki höyrykoneesta tehokkaamman.
K: Mikä kunnioittaa James Wattia?
V: Useimmat kunnioittavat James Wattia nimeämällä hänen mukaansa tehon yksikön, watin.
Etsiä