Глава 2Бизнес - ангелы Джеймса Уатта

Хотите ли знать, в чём главное препятствие к построению машины? Оно в кузнечной работе.

 

Из письма Джеймса Уатта Джону Робаку

,,

,,

1.Гениальный механик и изобретатель символа Промышленной революции Джеймс Уатт не блистал предпринимательскими способностями. Он был так деликатен в денежных делах и так ненавидел житейские хлопоты и судебные процессы, что, не встреть он на своём жизненном пути двух замечательных людей, Уатт, по всей вероятности, остался бы бедняком. «Как только мне приходится иметь дело с людьми, – писал Уатт, – так я не на своем месте; для инженера совершенно достаточно одной природы, чтобы бороться с нею и видеть, как она на каждом шагу одолевает его».

2.Помимо основного занятия, которое увековечило его имя, Уатт занимался решением множества инженерных задач в самых разных областях. При этом изобретатель считал себя ленивым человеком, хотя его деятельность слабо согласуется с таким мнением. Возможно, он имел в виду тот факт, что им было высказано идей гораздо больше, чем разработано, но, как мы можем видеть на примерах многих ученых и инженеров, это общая беда практически всех гениальных изобретателей, полёт мысли которых часто значительно опережает скромные возможности их века.

3.История Промышленной революции и Индустриализации убедительно показывает, что в эту эпоху на смену изобретателям – одиночкам пришли инновационные команды, успешность которых в значительной степени определялась деятельностью «бизнес - ангелов» – частных инвесторов, вкладывающих деньги в инновационные проекты («стартапы»). «Ангелы», как правило, вкладывают свои собственные средства на этапе внедрения проекта в обмен на возврат вложений и долю в капитале (обычно блокирующий пакет, а не контрольный). Этим они принципиально отличаются от венчурных фондов, которые управляют деньгами третьих лиц.

История создания паровой машины, как и история разработки способов производства литой стали, наглядно демонстрирует, что общественно значимые инновации сродни штурмуемой крепости.

Почему это актуально?

4.Современная инновационная деятельность представляет собой сложный процесс, результат которого определяется не только технической эффективностью внедряемой разработки, но и правильной коммерческой политикой инновационной команды. Любая инновация является результатом коллективной деятельности, и довести до промышленного применения и «коммерциализировать» изобретение зачастую сложнее, чем сделать его. Умение работать в коллективе – вот ключ к успеху в XXI веке. Но для металлургов подобный подход не является «тайной за семью печатями», ведь именно в горно-металлургическом производстве он был сформирован более двухсот лет назад.

Бирмингем – город скульптур

5.Британский Бирмингем – некогда крупнейший промышленный центр, один из символов Промышленной революции, а ныне город, живущий славой тех времён, насыщен музеями и скульптурами, посвящёнными выдающимся людям той эпохи, прославившим свой город на века. Есть среди них и такие известные личности, как естествоиспытатель, философ и общественный деятель Джозеф Пристли, открывший кислород и углекислый газ, статуя которого работы Франциса Уильямсона украшает город с 1874 г., знаменитый экономист и политик Томас Этвуд (Thomas Attwood), читающий новости на ступенях на площади Виктории, известный актёр Тони Хэнкок и великий Майкл Фарадей (впрочем, он вряд ли узнал бы себя).

6.Среди металлических и каменных обитателей Бирмингема есть даже выпущенный из тигля Джин Промышленного развития (The Genie Of Industry), не говоря уже о многочисленных абстрактных композициях, наглядно демонстрирующих возможности металла, у истоков масштабного использования которых стоял Бирмингем. Можно без преувеличения назвать Бирмингем городом скульптур.

Продавцы ковров» — «золотые ребята»

7.Среди многочисленных скульптур Бирмингема выделяется одна, стоящая на Броад-стрит. Она изображает трёх мужчин в старинных костюмах, рассматривающих какой-то план или чертёж и увлечённо что-то обсуждающих. Позолоченную бронзовую скульптуру местные жители называют — «Золотые ребята» (впрочем, некоторые предпочитают название «Продавцы ковров»). Примечательную композицию в 1956 г. создали Уильям Блойе и Реймонд Форбс-Кингс. Половину средств на создание памятника оставил согласно своему завещанию в 1939 г. Ричард Уитли (Richard Wheatley), а вторую половину позднее выделил городской совет. 

8.Хоть немного знакомый с историей техники человек без труда узнает одного из троих – это Джеймс Уатт (James Watt), знаменитый изобретатель паровой машины. Но с кем он обсуждает её чертёж, да и зачем ему это надо? Надпись на постаменте информирует, что собеседниками Уатта являются Мэтью Болтон (Matthew Boulton) и Уильям Мёрдок (William Murdoch), но многие ли знают, чем знамениты эти джентльмены?

9.История создания паровой машины, как и история разработки способов производства литой стали, наглядно демонстрирует, что общественно значимые инновации сродни штурмуемой крепости: те, кто водрузил флаг, остаются в памяти потомков, в то время как удел тех, кто ценой своей жизни помог им это сделать – надписи на могильных камнях.

Обо всём по порядку 

10.Первое известное устройство, приводимое в движение паром – эолопил, было описано Героном Александрийским в I веке. Оно представляло собой шар с трубками-дюзами, закреплёнными по касательной. Внутрь шара наливалась вода, которая при нагреве превращалась в пар, выходивший через дюзы и приводивший шар во вращение. Значительно позже были предложены конструкции простых паровых турбин, например, в XVI в. арабским философом, астрономом и инженером Таги-аль-Диноме и в 1629 г. итальянским инженером Джованни Бранка. 

11.Разработке паровых машин способствовали работы Джованни Баттиста делла Порта (Giovanni Battista della Porta), который в 1601 г. предложил простой способ получать пустоту (точнее – разреженное пространство) путём сгущения водяного пара в закрытом сосуде. Принцип действия и применение паровых машин был описан в 1655 г. англичанином Эдвардом Сомерсетом. В 1663 г. он опубликовал проект и установил приводимое в движение паром устройство для подъёма воды на стену Большой башни в замке Реглан. Однако всё это были лишь единичные прототипы – никто не был готов рисковать деньгами для реализации революционной концепции.

Паровой котел Папена

12.Основы для разработки универсальных паровых машин были заложены исследованиями и экспериментами французского физика и изобретателя Дени Папена по созданию вакуума в закрытом цилиндре. Папен родился в городе Блуа в 1647 г. В университете Анже он изучал медицину и получил степень доктора, однако его судьбу предопределила встреча с голландским естествоиспытателем Христианом Гюйгенсом, под влиянием которого Папен посвятил себя физике и механике.

13.После переезда в Англию в 1680 г. Папен смог получить вакуум с помощью кипящей воды, которая конденсировалась в цилиндре (как предлагал ранее делла Порта). С помощью своего лабораторного оборудования Папен смог поднять груз, присоединённый к поршню верёвкой, перекинутой через шкив. Система работала как демонстрационная модель, но для повторения процесса весь аппарат нужно было разобрать и собрать заново.

14.Для автоматизации цикла Папен предложил создавать пар отдельно, вне цилиндра. Поэтому именно он считается изобретателем парового котла, что в дальнейшем стало основой для парового двигателя конструкции Ньюкомена. Папену также приписывают изобретение важных элементов паровой машины, например предохранительного клапана. Однако конструкцию действующей паровой машины ему создать не удалось. Прибор Папена стал родоначальником «атмосферных» паровых машин, в которых рабочее движение поршня производится атмосферным давлением воздуха, обратное же движение поршня совершается давлением пара, преодолевающего давление воздуха с противоположной стороны.

«Друг рудокопа» капитана Томаса Сэйвери

15.Первые «настоящие» паровые двигатели были созданы в конце XVII столетия. Пионером новой отрасли техники считается испанский изобретатель Херонимо Аянсом де Бомонт, наработки которого использовал английский инженер Томас Сэйвери – управляющий на шахте в Корнуолле.

16.Сэйвери удалось сконструировать первую промышленную машину, использующую паровой двигатель. Она представляла собой паровой камерный нагнетательно-всасывающий насос («огненный насос»), который использовался для откачки воды из шахт. Машина существенно облегчала работу шахтеров, в связи с чем Сэйвери называл её «другом рудокопа (горняка)». Именно такое название – «Друг рудокопа» имела книга изобретателя, которая была подписана «капитан Сэйвери» (Captain Savery). На основании этого факта Сэйвери часто называли «военным инженером». В действительности вся система управления горно-металлургическими предприятиями Европы в то время была военизированной, и управляющие горных и металлургических предприятий, как правило, носили военные звания.  

17.Патент на своё изобретение Сэйвери получил в 1698 г. В «огненном насосе» рабочий цилиндр был отделен от котла и для быстрой конденсации пара обливался снаружи холодной водой. КПД насоса составлял менее 10 %, так как тепло пара каждый раз терялось во время охлаждения цилиндра, что приводило к повышенному расходу топлива. Кроме того, в связи с тем, что в те времена не существовало технологии производства котлов, выдерживающих значительное давление пара, невозможно было выкачивать воду из глубоких шахт: при повышении давления котёл и трубопроводы двигателя иногда взрывались. Тем не менее, насос получил распространение и эксплуатировался около 10 лет. В 1707 г. насос Сэйвери был выписан Петром I и установлен в Летнем саду в Петербурге для подачи воды в фонтан. 

18.Поскольку машина Сэйвери имела ограниченное применение, а необходимость в эффективном двигателе для откачки воды из шахт постоянно возрастала, вскоре была предложена новая конструкция паровой машины. 

Паровой насос кузнеца Ньюкомена

19.Изобретателем новой паровой машины стал кузнец Томас Ньюкомен (Thomas Newcomen). В 1705 г. он совместно с лудильщиком Джоном Коули (John Cowley) построил паровой насос. Совершенствование устройства продолжалась по 1712 г. Следует отметить, что очень многие механические изобретения на заре Промышленной революции были сделаны кузнецами (Ньюкомен, Модсли, Нэсмит, Брамах и др.), поскольку в то время они были единственными специалистами, способными изготовить детали необходимого качества.

20.Паровая машина Ньюкомена и Коули была сходной по основной идее с прибором Папена (у машины Сэйвери отсутствовал поршень, и пар давил непосредственно на воду). Основной проблемой первых паровых машин было неплотное прилегание поршня к цилиндру, поскольку технологии того времени не могли обеспечить необходимую точность изготовления деталей. Для решения этой проблемы над поршнем наливался тонкий слой воды (водяной затвор). 

21.Сделанное в 1712 г. случайное наблюдение позволило ускорить сгущение пара путём впрыскивания воды внутрь цилиндра. В машине Ньюкомена впервые появляется коромысло (балансир) для передачи движения от поршня к насосу. При этом сама машина не была универсальным двигателем и могла работать только как насос. Попытки Ньюкомена использовать возвратно-поступательное движение поршня для вращения гребного колеса на судах оказались неудачными.

22.Устранением непосредственного давления пара на воду достигалось существенное преимущество над машиной Сэйвери, что позволяло поднимать воду на любую высоту. Но расход топлива оставался значительным, хотя и существенно меньшим прежнего. Двигатель Ньюкомена стал первым паровым двигателем, получившим широкое практическое применение, и именно с ним принято связывать начало промышленной революции в Великобритании. Ньюкомен не смог получить патент на своё изобретение, так как паровой водоподъёмник был ранее запатентован Сэйвери. Тем не менее, данное обстоятельство не помешало плодотворному сотрудничеству двух изобретателей.

Джеймс Уатт

23.Джеймс Уатт (James Watt) родился 19 января 1736 г. Его отец был механиком, изготавливавшим и чинившим разнообразные машины — от музыкальных инструментов до приспособлений для поднятия тяжестей. Начав обучение в младших классах, Джеймс был вынужден отказаться от посещения школы из-за слабого здоровья. Сначала его образованием занимались родители, а позднее он с успехом прибег к самообразованию, что позволило достаточно сносно учиться в старших классах, несмотря на нерегулярное посещение занятий. 

24.Джеймс нередко бывал в Глазго у дяди, университетского профессора, где познакомился со многими учёными и образованными людьми своего времени. Имея несомненные склонности к механике, Уатт проявлял интерес и к занятиям естественными науками и медициной, так что сам в юные годы не мог определить, в чём состояло его истинное призвание. 

25.Отец Уатта, несмотря на свое трудолюбие, был небогатым человеком и, зная, что двум его сыновьям придётся существовать на собственные заработки, приучал одного к коммерческому делу, а занятиям Джеймса решил дать соответствовавшее его склонностям техническое направление. Сначала молодой Уатт учился ремеслу механика в Глазго, а потом в Лондоне, где в течение года выучился изготовлению тонких чертёжных и астрономических инструментов, требовавших очень тщательной работы. Потом Уатт переселился в Глазго, где его пристроили в качестве механика при университете. Сначала материальные дела его шли очень туго, но в конце 1759 г. вступив в компанию с Крейгом, Уатт стал получать довольно много заказов. В 1768 г. благодаря женитьбе Уатт получил статус гражданина Глазго и право согласно городским цеховым правилам открыть в городе собственную мастерскую.

26.Работу над паровыми машинами Уатт начал в 1764 г., когда к нему обратился профессор физики университета Глазго Джон Андерсон с просьбой отремонтировать действующий макет паровой машины Ньюкомена. Он обратил внимание на большой непроизводительный расход пара, а следовательно, и топлива в машине. Исследуя причину этого явления, Уатт пришел к выводу, что хорошая работа атмосферной машины зависит от выполнения двух условий: во-первых, для получения сильного разряжения под поршнем надо создавать в цилиндре условия для возможно более полной конденсации пара, а для этого как можно сильнее охлаждать; во-вторых, чтобы избежать непроизводительных потерь пара, надо впускать его для последующего хода поршня из котла в неохлажденный, горячий цилиндр. 

27.Для решения нетривиальной задачи Уатт предложил производить конденсацию пара в отдельном резервуаре-конденсаторе, сообщающемся с цилиндром. Но для практического осуществления разработок Уатта требовались немалые средства, которых у него не было и добывать которые он не умел. Именно в этот момент Уатт встретил своего первого по современной терминологии «бизнес-ангела» — доктора Джона Робака (John Roebuck). Об этом незаурядном человеке, не только способствовавшем практическому осуществлению важнейшего изобретения в истории человечества, но и оставившем заметный след в истории металлургии, стоит рассказать подробнее.

Универсальный предприниматель Джон Робак

28.В современных статьях, посвящённых паровой машине Уатта о докторе Робаке, как правило, не упоминается ни единым словом. Это совершенно неудивительно, поскольку даже в энциклопедии Брокгауза и Евфрона, изданной более века назад, написано, что «…по неимению средств для построения машины, Ватт добыл привилегию и построил первую машину только в 1769 г. на средства доктора Ребука (Roebuck). Вскоре Ребук разорился, и только в 1774 г. Ватту удалось получить необходимые материальные средства, войдя в компанию с Матью Больтоном (Matthew Boulton)…». О самом Робаке в «Энциклопедии биографий», изданной в конце XIX в. в Глазго, написано следующее: «Джон Робак, медик и опытный химик, родился в Шеффилде в 1718 г. и умер, придя в разорение от своих проектов, в 1794 г.». Такова краткая «эпитафия на могильном камне» героя штурма «паровой крепости».

29.Отец Робака был известным шеффилдским ножовщиком, но Джон не горел желаниям пойти по стопам отца, предпочитая научную деятельность. Отец не препятствовал ему в этом и отправил отпрыска учиться сначала в Нортхэмптон, а затем в Эдинбургский университет, где он изучал медицину и химию. Получив степень по медицине, Робак поселился в Бирмингеме, где занялся врачебной практикой.

30.Склонность к химии и инженерной деятельности явно преобладала у Робака над интересом к медицине. Обратив внимание на проблему нехватки древесного угля для нужд металлургии, он организовал лабораторию, в которой приступил к опытам по производству железа с использованием каменного угля. На этом поприще он добился определённых успехов и даже взял патент. Также он разработал способы очищения серебра и золота, имевшие успех у промышленников Бирмингема.

31.Основной целью опытов Робака было эффективное практическое использование минеральных ресурсов в промышленности. На этом поприще он достиг существенных результатов, что позволило ему организовать крупную лабораторию, которой заведовал его друг Сэмюэль Гарбетт. Самым успешным проектом Робака стала разработка способа производства серной кислоты в камерах, футерованных свинцовыми пластинами (свинец пассивируется серной кислотой), что позволило производить её в больших количествах.

32.Это изобретение круто переменило жизнь Джона Робака: оставив врачебную практику, он вместе с Гарбеттом отправился в Шотландию, где в 1749 г. организовал в окрестностях Эдинбурга крупный завод по производству кислоты. Предприятие имело большой коммерческий успех, что позволило предприимчивому доктору обратиться к другим отраслям промышленности, например, построить завод по производству гончарных изделий.

Карронский завод

33.В это время Робак познакомился с Уильямом Каделлом и мистером Кокензи, которые пытались организовать в Шотландии производство железа, но потерпели неудачу. Поддавшись на их уговоры, Робак с жаром приступил к организации производства. Исследовав местность, он остановил выбор на берегу реки Карроны, на границе равнины и предгорий шотландских Highlands, где в достатке имелись запасы руды, каменного угля и известняка, а неподалёку располагалось широкое устье реки Форт. Там и были заложены первые в Шотландии железные заводы, для управления которыми Робак организовал акционерное общество The Carron Company.

34.Для работы на заводах из Англии были приглашены квалифицированные рабочие-металлурги, которые впоследствии обучили ремеслу местных жителей. Первая доменная печь была запущена 1 января 1760 г., и за год завод произвёл 1,5 тыс. т железа – столько до этого производилось во всей Шотландии. Основным видом продукции завода было чугунное литьё, в том числе, со временем, знаменитые артиллерийские орудия – карронады. Первая карронада, конструкция которой была предложена генералом Робертом Меллвилем, была отлита на Карронском заводе в 1779 г. (уже при новых хозяевах завода), и в дальнейшем эти орудия стали основой военной мощи Великобритании, в том числе способствовали впечатляющим победам при Трафальгаре и Ватерлоо.

35.Для развития предприятия в соответствии с передовыми достижениями инженерного искусства Робак привлёк на завод «отца гражданской инженерии» Джона Смитона (John Smeaton), который оборудовал доменные печи мощными цилиндрическими мехами собственной конструкции, а также спроектировал и построил канал между реками Форт и Клайд — один из первых в стране. Необходимо отметить, что до постройки железных дорог крупные промышленные компании, в первую очередь металлургические, для транспортировки сырья и продукции строили искусственные каналы.

36.По чертежам Смитона, значительно усовершенствовавшего насос Ньюкомена, в Карроне была построена большая машина, привезённая в 1777 г. Россию. Она была заказана по распоряжению Екатерины II для выкачивания воды из канала Петра Великого, примыкавшего к сухим докам в Кронштадте.

«О Боже, как я был напуган, когда услышал, что русский медведь зацепил Вас своей громадной лапой и тянет в Россию!  Умоляю не ездить, если только это возможно… Я надеюсь, что Ваша огненная машина оставит Вас здесь».

Гений, ангел и посредник

37.Когда Карронский завод пришёл в цветущее состояние, Робак принялся за развитие дела, в первую очередь стремясь снизить затраты на сырьё. С этой целью он взял в аренду у герцога Гамильтона земли, где организовал добычу угля и попутно соли, а сам с семейством поселился в герцогском замке Киннель на живописном берегу Фортского залива. Для эффективной добычи угля Робаку понадобилась паровая машина для откачки воды, более мощная, чем машина Ньюкомена. Эту проблему он стал решать способом, каким обычно пользовался – с помощью передовых достижений науки и инженерной мысли.

38.Инициатором знакомства механика и предпринимателя выступил доктор Блэк (Joseph Black), также представлявший собой личность незаурядную. Блэк был знаменитым учёным-химиком, получившим должность профессора медицины и лектора по химии в университете Глазго в возрасте 28 лет. Он открыл теплоту плавления и парообразования, обнаружил различие между количеством теплоты и её температурой, ввёл понятия скрытой теплоты и теплоёмкости. Именно Блэк, открыв углекислый газ, доказал, что воздух представляет собой смесь газов, а не единую субстанцию, как предполагалось до этого.

39.Блэк и Уатт были знакомы много лет. Уатт, как уже говорилось выше, был человеком болезненным, страдал головными болями, а, кроме того, легко впадал в депрессию. В отчаянии от нехватки средств он неоднократно хотел бросить своё предприятие. Его близкие друзья, и в первую очередь Джозеф Блэк, всячески пытались ему помочь и свести с человеком, способным обеспечить финансовую сторону предприятия. В этом смысле Джон Робак, ценящий научный подход, склонный к великим предприятиям и, кроме того, имеющий репутацию успешного практического деятеля, подходил как нельзя лучше. Расчёт полностью оправдался. Робак пригласил Уатта в Киннель и обещал ему всяческое содействие, в том числе предоставить мастеров своего завода, более искусных, чем те, с которыми имел дело Уатт. Более того, ещё до прибытия Уатта Робак приступил к отливке чугунных цилиндров, необходимых для машины. 

40.Уатт прибыль в Киннель в мае 1768 г. Робак настолько заинтересовался его разработкой, что предложил не ограничиваться постройкой машин для его шахт, а организовать товарищество для массовой постройки машин новой конструкции. Для Уатта это предложение было сродни небесной манне – для развития своего изобретения он занял значительные суммы у Блэка и этот долг очень тяготил его. 

41.Робак перевёл на себя долг Блэку в 1200 фунтов стерлингов и изыскал средства на то, чтобы взять патент и закончить опытный образец паровой машины. Патент Уатт получил в 1769 г. В заявке на патент он определил своё изобретение как «новый метод уменьшения расхода пара, а следовательно, и топлива в огненных машинах». В том же году он закончил небольшую модель машины.

Тернии и соблазны

42.Постройка машины в соседнем с замком городе могла вызвать ненужный интерес, а Уатт, кроме прочего, обладал повышенной подозрительностью. Было решено, что работы будут вестись в заброшенном здании рядом с замком. Поскольку работа была сопряжена со значительными трудностями, Уатт регулярно впадал в уныние. Однажды он писал своему другу, доктору Уильяму Смоллу: «…я боролся со многими неудачами и верно пал бы под их тяжестью, если бы меня не поддерживала дружба доктора Робака».

43.Дела же самого Робака в это время стремительно катились под гору: разработка угольных и соляных копей не принесла ничего, кроме убытков; стремясь заткнуть образовавшуюся финансовую брешь, он истратил своё состояние, затем состояние жены, а после был вынужден занять крупные суммы у родственников и друзей. Для возврата долгов пришлось задействовать даже последний резерв – капитал металлургических предприятий Робака в Бирмингеме и стекольных заводов в его окрестностях. Однако и это не помогло – Джон Робак был разорён и остаток дней провёл в забвении.

44.В разгар этих событий в 1772 г. доля Робака в предприятии Уатта перешла бирмингемскому промышленнику Мэтью Болтону (Matthew Boulton), впрочем, доля эта была оценена настолько низко, что она даже не была включена в перечень имущества, которое описывали для обеспечения долгов. Уатт опять оказался в непростой ситуации. В одном из писем он писал: «Он мой искренний и великодушный друг и при том честный и достойный человек. У меня сердце обливается кровью, но я не могу помочь ему. Я держался за него, даже во вред себе. Долее это становится для меня невозможным, семья требует заботы о ней».

45.В поисках средств для сооружения своего двигателя Уатт стал думать о выгодной работе за пределами Англии. В начале 1770-х годов он заявил друзьям, что «ему надоело отечество», и серьезно повёл разговоры о переезде в Россию. В это время Петербургская Академия Наук направила Уатту официальное приглашение – снова поспособствовал Джозеф Блэк, имевший контакты с научным сообществом России. Русское правительство предложило английскому инженеру «занятие, сообразное с его вкусом и познаниями» и с ежегодным жалованьем в 1000 фунтов стерлингов. Намерение Уатта уехать в Россию вызвало переполох. Поэт Эразм Дарвин написал ему: «О Боже, как я был напуган, когда услышал, что русский медведь зацепил Вас своей громадной лапой и тянет в Россию! Умоляю не ездить, если только это возможно… Я надеюсь, что Ваша огненная машина оставит Вас здесь».

Мэтью Болтон

46.«Огненная машина» не отпустила своего создателя в далёкую Россию – к Уатту «прилетел» второй «бизнес-ангел». В 1774 г. Мэтью Болтон, когда возникла реальная возможность отъезда Уатта, проявил интерес к доставшемуся ему от Джона Робака «активу» и предложил изобретателю продолжить работу теперь уже в партнёрстве с ним. Так Уатт стал совладельцем компании «Болтон и Уатт» и продолжил работу по созданию паровой машины на заводе Soho Works близ Бирмингема.

47.Завод в Сохо славился первоклассным по тем временам оборудованием и имел квалифицированные рабочие кадры. С 1774 г. и до конца своей жизни Уатт оставался его главным механиком. В том же году изобретатель построил свою первую паровую машину простого действия, которая оказалась более чем в два раза эффективнее лучших машин Ньюкомена, однако Уатт не был удовлетворён и сразу начал работать над её усовершенствованием. 

48.Впрочем, для начала успешных продаж, которые принесли бы средства для дальнейшего развития, было достаточно уже сделанного. Машина Уатта первоначальной конструкции быстро нашла применение на рудниках и шахтах, вытеснив машину Ньюкомена. Введение паровых машин новой конструкции на три четверти сокращало расход угля. Особенно большой интерес к машинам Уатта был проявлен со стороны хозяев корнуолльских медных рудников. Завод в Сохо к 1780 г. изготовил 40 паровых машин, половина из которых предназначалась для копей Корнуолла.

Демпинг – эффективный маркетинговый ход для «прорывных» инноваций

49.Для быстрой популяризации своего изобретения и закрепления на рынке Болтон и Уатт применили демпинг – маркетинговый ход, в дальнейшем неоднократно использованный разработчиками «прорывных» инноваций, которые существенно превосходят по эффективности конкурирующие технологии. Поставку паровых машин компаньоны осуществляли безвозмездно (то есть даром), платой же за пользование ими была третья часть от стоимости топлива, сэкономленного по сравнению с машиной Ньюкомена. Такую же схему применял спустя столетие создатель коксовой печи с улавливанием химических продуктов Карл Отто, похожим способом действовал и Генри Бессемер.

50.Однако, как и ранее изобретенные пароатмосферные машины, машина Уатта не была пригодна для роли универсального двигателя, обеспечивая лишь прямолинейно-качательное движение. В то же время существовала острая потребность именно в двигателях для универсального применения, которые можно было бы использовать для приведения в движение станков и прочих механизмов, о чём свидетельствовали многочисленные обращения промышленников к Болтону и Уатту.

Универсальная паровая машина

51.С 1778 г. Уатт начинает работать над созданием паровой машины с непрерывным вращательным движением. В результате была сконструирована машина «двойного действия», которая и стала универсальным паровым двигателем, а, кроме того, в четыре раза превзошла машину Ньюкомена по эффективности. Патент на неё Уатт получил в 1782 г. Особенность этой машины заключалась в том, что пар из котла поступал в цилиндр через золотник. Золотник позволял подавать пар то с одной, то с другой стороны поршня, создавая тем самым необходимое давление на него.

52.Таким образом, машина, по сути, перестала быть «атмосферной», и её мощность теперь зависела от разницы давлений между паром низкого давления и тем вакуумом, который удавалось получить. Вакуумные паровые машины были относительно безопасны, использовали пар низкого давления, что вполне соответствовало общему невысокому уровню котельных технологий XVIII в.

53.Для выравнивания вращательного движения Уатт применил маховое колесо. Для преобразования в балансирной машине качательного движения поршня в непрерывное Уатт изобрел специальный механизм, обеспечивающий прямолинейность движения штока поршня, связанного с одним концом балансира (так называемый параллелограмм Уатта), а также несколько способов преобразования прямолинейного движения во вращательное.

Даже на лучшем во всей Великобритании заводе Болтона дела обстояли таким образом, что Смитон, наблюдавший за процессом изготовления деталей машины, заметил, что вряд ли удастся осуществить её массовое производство по причине того, что детали плохо подходят друг к другу из-за низкой точности изготовления. 

54.Поскольку Уатт для получения вращательного движения не мог в своей машине применить кривошипно-шатунный механизм (на такую передачу имел патент французский изобретатель Пикар), он в 1781 г. взял патент на пять способов преобразования качательного движения в непрерывное вращательное.

Уильям Мёрдок

55.В этот момент на сцене появляется третий персонаж скульптурной композиции из Бирмингема – Уильям Мёрдок (William Murdoch, иногда – Murdock). Этот уроженец Шотландии стал учеником и помощником Джеймса Уатта в 1777 г. и принимал активное участие в усовершенствовании паровой машины. Именно он изобрёл планетарную передачу (солнечное колесо) – один из упомянутых пяти способов, который и был выбран для практического применения. Кроме того, Мёрдок в 1792 г. впервые произвёл сухую перегонку каменного угля, а в 1803 г. применил полученный газ для освещения завода в Сохо.

56.Последними значимыми доработками универсальной паровой машины стали: центробежный регулятор, при помощи которого осуществлялся автоматический контроль скорости машины (1788 г.), манометр (1790 г.) и ряд других контрольно-измерительных приборов.

Ключ к успеху заключался в кузнечной работе

57.Одним из первых промышленников, применивших универсальную паровую машину, стал Ричард Аркрайт, который уже в 1783 г. установил паровой двигатель Уатта на своей текстильной фабрике. К 1800 г. на шахтах и фабриках Великобритании насчитывалось более 500 машин Уатта.

58.Такие колоссальные по меркам эпохи объёмы механического и металлообрабатывающего производства требовали внедрения новых подходов к его организации. Ключевая проблема, с которой столкнулся Уатт ещё на стадии создания макетов и опытных образцов паровой машины, заключалась в том, что его разработка существенно опережала возможности производства по её изготовлению. То, что в конечном итоге удалось наладить массовое изготовление паровых машин, является не только гениальным инженерным достижением, но и уникальным достижением в области металлообработки и организации серийного производства.

59.Ещё во время работы в Глазго Уатту пришлось столкнуться с тем, что рабочие не могут изготовить детали так, как это было необходимо. «Хотите ли знать, в чём главное препятствие к построению машины? – писал он Джону Робаку, – оно в кузнечной работе». Первый цилиндр был сварен кузнецом, с которым работал Уатт, из листа железа; для герметизации была применена ртуть, но и она не помогла. По-видимому, прочие мастера были ещё хуже, поскольку Уатт в отчаянии писал Робаку: «Мой старик-кузнец умер! Считаю его потерю почти невозвратимой».

60.Отлитый и высверленный на Карронском заводе цилиндр имел такую погрешность изготовления, что не помогли ни промасленная бумага, ни пробка, ни войлок. Даже на лучшем во всей Великобритании заводе Болтона дела обстояли таким образом, что Смитон, наблюдавший за процессом изготовления деталей машины, заметил, что вряд ли удастся осуществить её массовое производство по причине того, что детали плохо подходят друг к другу из-за низкой точности изготовления. Например, диаметр цилиндра на концах мог отличаться на несколько миллиметров, что существенно снижало эффективность машины и приводило в уныние её изобретателя.

61.В отсутствие автоматического инструмента, который был изобретён несколько позднее, единственным способом повышения точности изготовления было совершенствование мастерства рабочих. Именно в эту сторону направил свои усилия Уатт, введя на заводе Сохо специализацию, когда каждый мастер занимался ограниченным числом операций, доводя своё искусство до совершенства и передавая затем опыт своим детям. Нередки были случаи, когда три поколения рабочей семьи специализировались на одних и тех же операциях.

62.Однако ещё 50 лет, пока в металлообработке не появились станки, невозможно было обеспечить необходимое качество изготовления. Бывало, что машину, построенную опытными рабочими, так и не удавалось запустить. В этом случае приезжал смотритель работ с завода-изготовителя, который мог жить при машине месяц и более, меняя и подгоняя отдельные части, пока она, наконец, не начинала работать.

63.Несколько улучшило ситуацию изобретение Джона Уилкинсона (John Wilkinson) – знаменитого железопромышленника, популяризатора чугуна в качестве конструкционного материала, получившего прозвище Iron Mad. В 1744 г. он запатентовал способ сверления ружейных стволов, при котором вращался ствол, а не сверло, что увеличило точность сверления и уменьшило количество брака. Этот способ успешно применялся для производства цилиндров паровых машин, которые выпускал завод Сохо.

64.В России паровые машины Уатта впервые стали изготовляться на одном из олонецких заводов (Александровском), находившихся под управлением шотландца Карла Карловича Гаскойна. Там же была построена установленная в 1820 г. Кларком на Санкт-Петербургском монетном дворе знаменитая большая машина Уатта «силой против 60 лошадей».

65.К середине 1780-х годов конструкция паровой машины двойного действия была окончательно разработана, и она превратилась в универсальный тепловой двигатель стремительно развивающейся промышленности, а позднее и транспорта. Конечно, паровая машина постоянно подвергалась усовершенствованиям, находила всё новые сферы применения, и вскоре уже немногое в ней напоминало изобретение Уатта и его коллег, но это было уже позже.

«Лунное общество»

66.В заключение стоит отметить, что практически все упомянутые учёные, инженеры и промышленники были связаны не только «производственными» отношениями. Уатт, Робак, Блэк, Болтон, Дарвин, Смитон, Смолл, Уилкинсон были единомышленниками, членами знаменитого «Лунного общества Бирмингема» (Lunar Society of Birmingham). Лунное общество представляло собой клуб и неофициальное учёное сообщество видных деятелей британского Просвещения. Заседания клуба проводились с 1765 по 1813 гг. в домах Мэтью Болтона, Эразма Дарвина и Сохо Хаус.

67.Сначала общество именовалось «Лунный круг» (Lunar Circle), название «Лунное общество» стало официальным с 1775 г. Оно возникло из-за того, что единомышленники собирались во время полнолуний, так как в отсутствие уличного освещения дополнительный свет делал возвращение домой после ужина комфортнее и безопасней.

68.Так что не стоит удивляться «счастливым случайностям» в жизни Уатта: люди, которые ему помогали, были прекрасно осведомлены о значимости его работы. Как видно, такая форма взаимодействия учёных, инженеров и предпринимателей оказался весьма действенным, обеспечив к всеобщей выгоде создание универсального двигателя для всех отраслей промышленности.