三、瓦特的旋转式蒸汽机

直到 1780 年，蒸汽机业务仍证明代价太昂贵，使博尔顿不堪负担，瓦特也心力交瘁。收益就是所节约的耗煤费用之三分之一的价值所相当的那点年报偿，所以，几乎连生产成本也无法偿付。然而，这种新蒸汽机的成功已牢固确立，足以引起竞争和试图侵犯专利权。同时，由于矿井排水这个领域也已完全被专利权所包括，因此，不仅瓦特而且其他人也都探寻蒸汽机动力的新用途。这些人借助新的器具和组合就能避开瓦特的专利权。碾磨机的驱动就是一个突出的领域。斯米顿为此目的应用纽可门蒸汽机供水。瓦特致力于直接应用蒸汽动力。迄此为止，活塞一直用链条悬于摇杆上的一个扇形体，而泵杆则以类似方式悬于摇杆外端。不知从什么时候起，人们就已用连杆和曲柄这种机构把旋转运动转变成直线运动。因为，为了能把直线运动转变成旋转运动，最简单的方式是把上述装置反转过来。为此，只要找到曲柄越过死点和适时地把这作用力反转的手段。并且，按照这个方案，装于活塞杆的悬挂链条必须代之以一根兼能承受推和挽的杆。瓦特考虑给接续活塞杆的这根杆切割齿条，以便同摇杆上的一个带齿扇形体啮合。但是，这种传动必定不平稳而带噪音，特别当工艺粗糙的时候。这包括在他 1782 年的专利

之中，但在 1784 年的专利中代之以图 306 所示的平行运动。在刨床时代以前，只能采取在两条平行导承之间作用的十字头。实际上，也别无他择。瓦特正是如此依凭其发明天才，得以克服他的摇杆的活塞侧的困难。然而，詹姆斯·皮卡德获得的专利权不允许他利用简单的曲柄和连杆。布里斯托尔一个竞争的蒸汽机制造者马修·沃什巴勒蒙准采纳这项专利。他为克服通过死点这一困难而采取的方法是，在曲轴上安装一个飞轮。

图 306──瓦特的平行运动

曲柄自古以来就用于驱动足踏车床和泵。象瓦特所指出的那样，当把曲柄应用于引擎时，“就象将一把原来造来切面包的刀去切乳酪”。这项专利大概从未授予过，而且可能很容易被推翻。不过，作为一个多产的专利权获得者，瓦特对专利权的推翻十分敏感，尤其是因为，阿克赖特的内容广泛的

纺纱机械专利权在旷日持久的诉讼之后，刚刚因说明书晦涩难懂而被推翻。而且，瓦特不欣赏沃什巴勒。瓦特认为，由于这限制不仅阻挠他本人，而且也阻挠其他比沃什巴勒更能干的竞争者利用曲柄，因此，明智的做法是不要画蛇添足，并以某种方式克服这限制。他尝试了若干种他自己的装置，但最后把威廉·默多克独立发明的行星运动（图 307）纳入他 1782 年的专利。这项专利还包括“往返作用”，即轮番在活塞上下供新汽，以及通过在冲程之初截断供汽来利用蒸汽的膨胀性质。然而，瓦特应用的是低锅炉汽压。因此， 膨胀作用的优越性不大。此外，在改变停汽装置以获得更大动力时，引擎传动装置总要损害阀门，从而致使锅炉排汽，并引起延迟，而预期制造者将因此而受到责备。

图 307──瓦特的旋转式蒸汽机(1788 年)

瓦特下一个改良是在 1788 年给他的蒸汽机添加一个“节流”控制器即节流阀，它由一个离心“调节器”操纵，类似于磨坊机工早已用来控制风力面粉机磨石松紧的装置。“节流阀”放在蒸汽管道之中，用手加以调节，以便控制通过蒸汽管道的蒸汽流，或者完全切断蒸汽流，从而制动引擎。这样， 引擎的运行速度便可得到控制。“调节器”或“飞球调节器”用于调节蒸汽流，以便确保引擎工作时速度大致均匀。（见图 308，B，C，W。）

瓦特另一个有用发明是水银汽压计。它是一根盛有水银的 U 形管。一个肢用一根小管道同蒸汽营或锅炉相连，另一个肢向空气开口。蒸汽对一个肢中的水银的压力使水银同这压力成正比例地在另一个肢中上升。他还应用一个十分相似的装置测量凝汽器中真空的性质——外肢中的水银同完全真空的渐进实现成正比例地下降。瓦特还引入了玻璃水标尺，它是一根玻璃管， 固装在锅炉前面，指示锅炉内水位变化。

至少还必须提到瓦特的一个发明，即他的示功汽缸和配附的示功图。示功汽缸是一个小汽缸，有一个精密适配的活塞藉助一根螺旋弹簧装在顶部。活塞同作用于它的压力成正比例地上升。活塞杆上固定的一根指针在所附标尺上示出每平方英寸的压力。示功汽缸这样地同汽缸相连，即使得蒸汽能从后者通到前者，并使两者中有相同压力。瓦特一个名叫萨瑟恩的助手给示功汽缸添加一块滑动板，它支承铅笔和纸。铅笔在纸上描绘的曲线相应于汽缸中汽压的变化。这个示功图后来被称为“工程师的听诊器”。

1795 年创设的新的索霍铸造厂装备了制造蒸汽机的专用机械，而且配备的人员基本上都经过小詹姆斯·瓦特培训。

这样的设备，加上这家厂商的声誉和经验，成为防止营业亏损的良好保障，胜过任何专利法规。这项专利权实际上很长时期里已经不再是一种必不可少的保护，反而成为对当时有充分余地的进一步发明的限制。

延期的蒸汽机专利于 1800 年期满时，瓦特实际上已脱离同这家厂商的积极联系，关在他的私人车间——希思菲尔德的著名顶楼里，专心于雕刻拷

贝机构和其他充分发挥其想象力的发明。这间顶楼的复制品，现在陈列在伦敦的科学博物馆。博尔顿继续积极同这家工厂、尤其是索霍造币厂合作。在默多克襄助下，博尔顿和瓦待领导的这家工厂业务继续扩展。

在博尔顿和瓦特的手下，威廉·默多克除了从蒸汽机装配师擢升为工厂经理之外，还作出过许多发明和改良。他制作了第一辆模型机动蒸汽车以及一台摆动汽缸式蒸汽机。他发明了 U 形滑阀，取代瓦特的提升阀。他设想利用煤干馏时散发的气体作为一种照明剂。他还首创用铁屑和硇砂的混合物作为一种粘结剂。很长时期里，机械和结构工程实践上，凡在因过分昂贵而不能用精密机械加工的场合，一直应用这种便宜而又有效的方法来把铁的表面一起砌平。索霍铸造厂装备的许多机床也是默多克设计的。

瓦特的主要发明之重要、他的专利的广包性以及合伙的策略，这一切保障了詹姆斯·瓦特享有作出 1769 到 1800 年蒸汽机方面实际上全部改良的盛誉。留给其他发明者的地盘极其有限。他们的生平和工作远没有瓦特出名。事实上，许多人只是在同瓦特及其合伙人的谩骂性通信中被提到，他们据说剽窃了他的思想。（参见 H. W. Dickinson 和 Rhys Jenkins：James Watt and the Steam- Engine，Oxford，1927。）