Greguss Ferenc
Élhetetlen feltalálók, halhatatlan találmányok
I. rész
A csobogó lapátkerekek, nyikorgó szélmalmok és fáradtan nyerítő lovak furcsa koncertjében egyszer csak új hangok szólaltak meg a 18. század folyamán. Billegő himbák ritmikus dobbanása és gőzhengerek lüktető sistergése jelezte annak a korszaknak a kezdetét, amelyet ma visszatekintve ipari forradalomnak nevezünk. Gőzgépek tűntek fel a bányák peremén, a textiliparban, sőt némelyikük hódító útra indult tétován a közlekedésben is. Minthogy ezeket a gépmonstrumokat a vízi járművek bírták el a legkönnyebben, az amerikai John Fitch hatpárevezős gőzhajóval kezdett kísérletezni, és első sikerét 1787. augusztus 22-én aratta Philadelphiában a Derwent folyón
Nyitány gőzgépekre
Tájkép vasangyalokkal
Denis Papin, a matematika professzora ottfelejtette vacsoráját a tűzhelyen. Pedig igazán finomnak ígérkezett az a marhaszelet, amelyet saját tervezésű kuktafazekában főzött. Ezt az edényt ugyanis szorosan le lehetett zárni, így a beletöltött vízből melegítés hatására több atmoszféra nyomású gőz keletkezett. Ez pedig, a tudós tudta jól, mindent megpuhít. De a tűzhely már kialudt, a gőzfazék is hideg volt. A parókás professzor bosszúsan próbálta levenni az edény fedelét. Nem ment! Valami láthatatlan erő a fazékra szorította a fedőt. Denis Papin nem azért volt híres francia tudós bár jelenleg a német marburgi egyetem vendégprofesszora -, hogy ne ült volna le azonnal gondolkodni. Újra elfelejtve vacsoráját, azon kezdett tűnődni, milyen tudományos magyarázata lehet ennek a jelenségnek. S egyszer csak rádöbbent a megoldásra. A fazékban nyilván lecsapódott a gőz, megint víz lett belőle, és így légüres tér keletkezett. Hát persze! Ez a vákuum valósággal magára húzta a fedőt. Hiszen a környező levegő nyomása, ha nem is érezzük, nem csekélység: tíz méter magasra képes felnyomni egy függőleges csőben a vizet. Tehát ugyanez az egy atmoszférás nyomás telepedett rá a fazékra.
Papin most már lázas gyorsasággal szőtte tovább gondolatait. Mi lenne, ha a fedő elmozdulhatna lefelé, egészen az edény aljáig? Akkor a megfoghatatlannak tűnő légnyomás munkát végezne! Egy újfajta gépezetben tehát csak vákuumot kell nyerni a lecsapódó gőz segítségével, és a levegő ereje máris szinte kézzelfoghatóvá válik. 1687-ben Denis Papin így találta fel a légnyomásos dugattyús gőzgép működési elvét, és haladéktalanul nekilátott egy kísérleti modell megszerkesztésének. 6,5 cm átmérőjű hengerbe vizet töltött, majd dugattyút illesztett fölé, és a készüléket melegíteni kezdte. Amikor a víz forrni kezdett, a keletkező gőz felnyomta a dugattyút a függőleges hengerben. Ekkor rögzítette a dugattyúrudat, és egy kis szelepen át kiengedte a fölösleges gőzt a hengerből. így a dugattyú fölött egy atmoszféra nyomású levegő, a dugattyú alatt egy atmoszféra nyomású gőz helyezkedett el.
Most jött a nagy manőver! Lezárta a szelepet, és türelmesen várt,
amíg a henger kihűl, és a gőz lecsapódik benne. A dugattyú alatt nemsokára vákuum keletkezett. Ekkor a professzor kihúzta a dugattyú rögzítő szegét, és a légnyomás abban a pillanatban ravaszul munkára kényszerítve lenyomta a dugattyút a henger fenekére. Papin professzor boldog volt, és már zakatoló gőzgépekről álmodott. Három év múlva, 1690-ben Lipcsében nyomatta ki azt a kis tudományos dolgozatot, amelyben már nemcsak gőzgépmodelljét ismertette, hanem azt is kiszámította például, hogy ha egy 60 cm átmérőjű hengerben percenként négyszer szalad le a dugattyú, akkor ez a gépezet egy ló erejével vetekedő munkát végez. Az elv jó volt, de Papin tudta, hogy a gyakorlatban nem gyerekjáték egy ilyen gépezet összeállítása. Ezért mutatott rá értekezésében a kivitelezés buktatójára: „A legfőbb nehézség az ilyen óriási hengerek elkészítésében áll" írta. Tudományos dolgozatokat kevesen olvastak ebben az időben, így Thomas Savery angol hadmérnök kapitány 1698-ban azzal a boldog tudattal érkezett a londoni Hampton Courtba, a királyi palotába, hogy ő jött rá először, miként kell munkára fogni a levegő nyomását. Az egyik díszteremben gondosan kicsomagolta készülékét, egy kis gőzfejlesztő kazánt helyezett el a fal melletti kandalló lángjai között, vizet öntött bele, szerelt, kalapált egy kicsit, és máris kezdődhetett a bemutató.
Amikor III. Vilmos király és udvarnépe bevonult, mindenkit meglepett a látvány. A terem közepén apró szökőkút lüktető vízsugarai törtek a magasba valami pöfögő, prüszkölő kis tüzes gépből. Az udvarhölgyek talán még tapsoltak is elragadtatásukban, egyszóval Savery találmánya nagy sikert aratott. A kapitány azonban nem csupán játékszernek tekintette dohogó bádogszerkezetét. „Nagyban" is meg akarta csinálni, hogy a gépezet a tűz erejével szivattyúzhasson vizet a bányák mélyéről. Királyi pátensért folyamodott tehát, és 1698. július 25-én kapta kézhez azt az okiratot ha tetszik, szabadalmat amelynek értelmében kizárólagos joggal csak ő készíthet és adhat el ilyen tüzes gépeket.
A kis gőzgép a tudósok világában is érdeklődést keltett. Savery egy év múlva, 1699. június 14-én az akkori angol tudományos akadémia, a londoni Royal Society előtt is elmagyarázta szerkezetét, és a Királyi
Társaság évkönyvébe a következő bejegyzés került: „Mr. Savery a Társaságot gépének bemutatásával szórakoztatta, vizet emelve a tűz ereje által. Köszönet mondatott a kísérlet bemutatásáért, mely a várakozásnak megfelelően sikeres volt, és elismerést aratott." Savery szerkezete valóban ötletesen működött. A csapokon kívül egyetlen mozgó alkatrész sem volt benne, mégis könnyedén lökte a magasba a vizet. A masina két ütemben dolgozott. Induláskor a megfelelő csapok elfordítása után egy kazánból nagynyomású gőz áramlott a gépezet „átemelő" tartályába. Ekkor jött az első ütem: vizet csorgatva kívülről a „szivarra", lecsapódott benne a gőz, tehát vákuum keletkezett, ez pedig vízzel szívta tele a tartályt. Ezután jött a második ütem: újabb gőzadag tódult a tartályba, és ennek nyomása egy másik csövön át kiszorította a vizet egy felső gyűjtőedénybe. így most újra gőz töltötte ki az egész szivartartályt. Kezdődhetett tehát megint a szívóütem, hogy utána a nyomóütem továbbítsa a vizet.
A mechanikában jártas kapitány ezzel a szerkezettel két legyet ütött egy csapásra. Egyrészt munkára fogta a levegő nyomását, hiszen a légkör préselte alulról a tartályba a vizet. Másrészt a gőz erejét is hasznosította, mert így több atmoszférás nyomással tudta a tartályból kiszorítani és a magasba emelni a folyadékot. Ő már világosan látta, hogy éppen ilyen gépezetre van szükség az angol bányákban. Hiszen az ón-, a réz-, a szénbányákban szüntelen harc folyt a vágatokat elárasztó víz ellen; volt olyan vidék, ahol ötszáz ló robotolt a járomkerekekben, amelyek vödrös emelőkkel kanalazták a vizet a mélyből. Savery 1702-ben elegáns kis röpiratot nyomtatott tüzes gépének ismertetésére ezzel a címmel: A bányász barátja. Mai szemmel nézve is remek hirdetési szöveg volt, mert rögtön a kételyekkel kezdődött: „Vállalkozó urak Anglia bányáiban: az önök többségéhez hasonlóan én is elég értelmes vagyok ahhoz, hogy tudatában legyek, egyetlen pillantás elárulja találmányomról, mely vizet emel a tűz ösztönző erejével, hogy ez oly haszontalan masina, mely nem találkozott terveimmel és várakozásaimmal, és mindenképpen lehetetlen, hogy egy ilyen gép, mint amilyen ez is, a föld alatt dolgozhat, és sikerül vele vizet kiemelni és az önök bányáit kiszárítani...". A szerző ezek után persze igyekezett meggyőzni olvasóit, hogy a látszat csal, és valójában remek ez a gépezet. Nem is
kellett nagyon rábeszélni a bányatulajdonosokat a tüzes gép alkalmazására. Hiszen ha a vízszivattyúzással jobban mélyíthették a tárnákat, akkor több ércet hozhattak a felszínre, növekedhetett a bányászat haszna, a kiolvasztott fémekből pedig újabb gépek készülhettek. Savery gőzgépében tehát már ott duruzsolt az ipari forradalom lehetősége. 1702-ben az ügyes kapitány kis gyártóműhelyt rendezett be Londonban, de nem feledkezett meg arról sem, hogy turistalátványosságként hirdesse, hol található tüzes gépének mintapéldánya: . .a Salisbury Court-i műhelyben, az Old Playhouseszal szemben, ahol megszemlélhető működés közben minden héten szerdán és szombaton 3-tól 6-ig."
Feltehető, hogy Savery még egy újítást hajtott végre ebben az évben. Gépe eddig nehézkesen, lüktetve, minden második ütemben nyomta fel a vizet, és valószínűleg ez a probléma foglalkoztatta a kapitányt, amikor eszébe jutott egy alapvető mérnöki trükk, a „kettőzés" ötlete, amely így fogalmazható meg: „Ha szaggatottan működik a géped, toldd meg még eggyel!" Savery tehát két „szivartartályt" állított fel,' ezek párhuzamosan dolgoztak, de egymáshoz képest ellentétes ütemben. Amíg az egyik a szívóütemnél tartott, a másik a nyomóütemet végezte. Az új gépezet tehát már folyamatosan szivattyúzhatta ki maximum tíz méter mélyről a vizet egy bányában, és ezután folyamatosan nyomta fel 20 vagy 30 méter magasra aszerint, hogy a'gőz nyomása 2 vagy 3 atmoszféra volt.
Amikor a neves német filozófus és természettudós, Gottfried W. F. Leibniz professzor 1705-ben hazatért angliai útjáról, azonnal elmesélte Denis Papinnek, milyen furcsa gépezetet Iátott néhány angol bányában. Papin persze azonnal összeszedte azokat a leírásokat, amelyek Savery gőzgépét ismertették. Elismeréssel adózott a kapitány nagy ötletének, hogy különválasztotta a gőztermelés helyét a munkavégző tartálytól ez neki nem jutott eszébe. De ebben a gépben nincs dugattyú? Miféle szerkezet ez? gondolta Papin, és ezzel rátapintott Savery tüzes gépének nagy ellentmondására: az volt az előnye, ami a hátránya - a dugattyú hiánya. Műszaki szempontból feltétlenül előnyös volt, hogy nincs benne ez a mozgó alkatrész, az akkori technikai színvonal ismeretében ezt ma már világosan látjuk. Papin viszont azt látta, hogy a dugattyú hiánya miatt óriási gőzveszteséggel dolgozik a gép: a forró gőz közvetlenül a hideg vízzel érintkezve nyomja fölfelé a folyadékot, ezért aztán olyan gyorsan lehűl, hogy energiájának csak kis töredéke válik hasznos munkává.
Papin, a dugattyú konok képviselője tehát nekiállt, és egy felemás gépet tervezett. Ennek a munkahengerében egy lebegő dugattyúkorong választotta el a vizet a gőztől. Papin úgy érezte, ezt a gépet már nemcsak modellként, hanem óriási méretekben is érdemes megépíteni, hiszen a gép által fölemelt víz egy tartályból lezúdulva lapátkereket hajthat. Az elszánt professzor addig kilincselt, amíg megtetszett a terve a hesseni választófejedelemnek. Megbízást kapott tehát egy olyan tüzes gép felállítására, amely Károly őrgróf kasseli kastélyának szökőkútjait táplálja majd nagynyomású vízzel. Szegény Papin a papírvilág hűvös nyugalmából kiszakadva, szorgalmasan járta a kormos műhelyeket, a dohogó kohóműveket, mesterekkel tárgyalt, irányította a munkát. Végül 1706 júniusában sor került a nemes egyszerűséggel „választófejedelmi gép"-nek elkeresztelt berendezés bemutatására Károly őrgróf és az udvartartás jelenlétében. A jó elmélet és a primitív technika azonban nem fért össze egymással: a szerkezet csődöt mondott. Erről így számolt be 1706. augusztus 19-én Leibnizhez írt levelében a boldogtalan Papin:
„Amikor sor került a kísérletre, azt láttuk, hogy a víz voltaképp minden illesztési ponton csurog kifelé, a legalsónál oly nagy erővel, hogy őfelsége kimondta: a kísérlet nem sikerült. Erre alázatosan megkértem, várjon még egy kicsit, mert hiszem, hogy a gép vizet fog szolgáltatni a jelentős vízveszteségek ellenére is, és a vízoszlop felszáll a magasba."
De Károly őrgrófot többé nem érdekelte az ügy. Neki aztán teljesen mindegy volt, hogy tüzes gép vagy satnya ló hajtja-e azt a vízszivattyút, amely kertjének szökőkútjait működteti. Papin leforrázva tért vissza könyveihez, és a következő évben, 1707-ben gondos tanulmányt adott ki gépének szerkezeti leírásáról éppen Kasselben, kudarcának színhelyén. Még mindig bizakodott, sőt újabb lépésre szánta el magát.
Minthogy tagja volt a londoni Királyi Társaságnak, elküldte dolgozatát a Royal Societybe abban a reményben, hogy pénzügyi támogatást kap a gép kivitelezésére. Kinek adták ki vajon felülbírálatra a terveket? Thomas Savery kapitánynak, akit éppen a tüzes géppel szerzett érdemeire tekintettel két évvel korábban beválasztottak a Royal Society tagjainak sorába. Savery persze felismerte saját gépének alapelvét, csak éppen bosszankodva látta a dugattyút. A terv kivitelezésének támogatására tehát vétót mondott. Annál is inkább, hiszen a királyi szabadalom az ő gépeit védte kizárólagos joggal, és az érdeklődés egyre nőtt a tüzes masina iránt. 1707-ben már az első külföldi megrendelés is befutott.
A széles látókörű, energikus Nagy Péter cár vásárolta meg „a bányászok barátját", és Pétervárott a Nyári kert szökőkútjainak táplálására szereltette fel. Hiába, ez volt a nagy különbség: Angliában a bányákhoz, Európa többi részén csak a szökőkutakhoz kellett a gőzgép. Az angol bányászok azonban nem voltak túlságosan elragadtatva Savery gépétől. Állandóan féltek a kazánrobbanástól, ami igen gyakran megesett. Akkoriban legfeljebb három atmoszféra nyomású gőzt tudtak biztonságosan előállítani a rézlemezekből szegecselt kazánok és az ónnal forrasztott csatlakozási pontok miatt. A kezelők azonban rendszerint túlerőltették a gépet. Jellemző, amit Savery kortársa, a neves francia mérnök és fizikus, Jean T. Desaguliers írt erről: „Savery kapitányt a York épületeknél ismertem meg, ahol a gőzt nyolcszor vagy tízszer erősebbé tette a közönséges levegőnél; ebből kifolyólag oly nagy volt a hőség, hogy megolvasztotta a lágyforraszt, a gőz ereje pedig oly hatalmas, hogy feltépte a gép néhány csatlakozását..." Nyolc-tíz atmoszférás gőzzel dolgozni igazán nem volt tréfadolog. Mennyivel szolidabb lett volna egyedül a levegő nyomásával mozgatni egy dugattyút. De Papin professzor, aki ezt a működési elvet kitalálta, már bukott ember volt.
Utolsó fennmaradt levele, amelyet Londonban írt egyik barátjához 1712 júniusában, szomorú dokumentuma az élhetetlen feltalálók sorsának. „Lehangoló helyzetben vagyok, minden erőfeszítésem ellenére csak ellenségeskedést vonok
magamra. De nem félek, és bízom a Mindenható Istenben." Az ég azonban nem segített: Papin végül nyomtalanul eltűnt London egyik nyomornegyedében. Nem tűnt el azonban a dugattyús gőzgép eszméje Papinnal együtt. Ugyanebben az évben, 1712-ben ugyanis Birminghamtől tíz mérfölddel nyugatabbra, a híres Dudley Ten Yard egyik bányájában különös gőzgép kezdte meg munkáját: bizonyos Thomas Newcomen úr alkotása. Erről a zseniális feltalálóról ma is alig tudunk valamit. Annyi bizonyos, hogy tanult vasműves volt, és gyakran látogatta a Tyne folyó környékének ónbányáit, mindenféle vasáruk szállítására kötve szerződéseket. Jól ismerte a Savery-féle gőzgépeket, és azt is tudhatta, mennyi baj van velük.
Minden valószínűség szerint legalább tíz éven át dolgozott saját gépének megszerkesztésén, sőt szabadalmat is kért rá. De Savery találmányának kizárólagossági jogával szemben mit sem tehetett. Pedig micsoda gép volt ez! Aki Dudley Castle felé poroszkált az úton, távolról csak annyit láthatott, hogy egy magas téglaépületből ormótlan gerenda nyúlik ki oldalt, és percenként 12-szer megbillenve úgy leng, mint egy gigantikus gyerekhinta. Ennél többet még a spanyol követ sem láthatott, aki azért utazott oda, hogy megismerkedjen a különös géppel. Newcomen udvariasan, de határozottan megtagadta, hogy a spanyol bemehessen a gépházba. S a feltalálónak minden oka megvolt erre. Mérnöki szempontból nagyszerű gépezetet alkotott, de minthogy szerkezetét nem védte szabadalom, bárki tetszés szerint utánozhatta. Thomas Newcomen nemcsak megtervezte, hanem évek szívós munkájával állandóan tökéletesítette is azt a dugattyús gőzgépet, amelyről Papin csak álmodozott. Ez a gép a biztonságos légnyomással dolgozott! Amikor a hengerébe gőzt engedtek, ez szépen föltolta a dugattyút. A gőz nyomása alig volt több egy atmoszféránál a henger biztonsági szelepe 1,5 atmoszféra nyomásnál már a szabadba engedte a gőzt -, s a gigantikus gyerekhinta, a jól kiegyensúlyozott himba megbillentéséhez nem is kellett több
erő. A munkavégzés csak ezután következett. Egy csapon át hideg vizet fecskendeztek a hengerbe, így a gőz azonnal lecsapódott a henger falára, és nyomában kialakult a vákuum. Ekkor azután a levegő nyomása lépett akcióba, és lefelé tolta a dugattyút. De mekkora erő volt ez! Ilyen módon az első önműködő Newcomen-gép egyetlen lökettel 1,25 tonna tömegű vizet szívott fel a himba túlsó végéhez erősített szivattyúval a bánya mélyéről. Newcomen óriási erejű berendezést szerkesztett, mert ennek a teljesítménye csak a dugattyú felületének nagyságától függött. Savery gépéhez képest három nagy újdonsága volt. Először: valódi légnyomásos gép volt Saverynél több atmoszférás gőz kellett a vízoszlop emeléséhez; másodszor: dugattyút alkalmazott Saverynél ez hiányzott, ezért volt óriási a gőzveszteség; harmadszor: a gőz sűrítésére a hengerben alkalmazta a vízhűtést Savery gépén kívülről hűtötték (ha egyáltalán hűtötték) a tartályt, ami lényegesen több hőveszteséggel járt. Thomas Newcomen gépe tehát az első valódi légnyomásos gőzgép volt, amely messze túlszárnyalta Savery szerkezetét. Biztonságos volt, és elvileg bármekkora teljesítményre képes. Kazánjában csak akkora nyomású gőzt kellett fejleszteni, mint amekkora bármelyik fazékban keletkezik, ha forr a víz. Ezzel megszűnt a kazánrobbanás veszélye, és az alkatrészek is könnyen elviselték ezt az igénybevételt. Igaz, ez a gép is falta a szenet, de azért egyharmaddal kevesebbet fogyasztott, mint Savery szerkezete. Nem csoda, hogy a következő évek során egyre több angol bánya peremén tűntek fel a különös és jellegzetes lengőszárnyú „vasangyalok".
1719-ben, amikor a művelt angol polgárok lelkesen vásárolták Defoe úr könyvét, amelyben az író Robinson Crusoe különös kalandjait mesélte el, a bányatulajdonosokat nemigen kerítette hatalmába a távoli sziget romantikája. Sokkal inkább egy-egy új Newcomen-gőzgép vásárlásán törték a fejüket. S egy évtized múlva, amikor 1729-ben Thomas Newcomen örökre lehunyta szemét, gépei már nemcsak a szigetországban zakatoltak sokfelé, hanem az európai kontinensen is munkálkodott belőlük néhány. A század közepén a kereskedelem, a szabad üzleti vállalkozás egyre élénkebben virágzott Angliában, és ennek már kitapintható jelei is voltak. A század kezdetén az angol bányák mélyéről évente még csak 2,5 millió tonna szenet hoztak a felszínre, az 1750-es években viszont 4,5 millió tonna volt az évi termelés. Európa még a föld mohó birtoklásában látta a vagyon legfőbb forrását, a szigetország polgárai viszont már tudták, hogy ha sikerül gépekkel növelniük a különféle háziipari termékek mennyiségét, akkor legalább olyan takaros jövedelemre tehetnek szert, mint ha földjeik volnának. A mérnököket ezért mind többre becsülték, és alkotásaik újabb lendületet adtak a fejlődésnek. 1759-ben például felépült az Eddystone világítótorony, John Smeaton alkotása, amelynek 21 méter magas csonka kúpját nemcsak a hajósok, hanem az építészek is megcsodálták. Ugyanebben az évben alapította dr. John Roebuck a hűvös északon, a Carron folyó partján a később híressé vált Carron-vasművet; amelynek vízkerékkel hajtott kovácsológépei óriási ütésekkel formálták az izzó fémtömböket. És ez volt az az év, amikor Skóciában a glasgow-i egyetem egyik diákja, John Robison megismerkedett az egyetem alagsori mű-helyében egy különös technikussal. Találkozásukra később így emlékezett: „Egy iparost láttam magam előtt, nem is vártam többet, de ehelyett meglepetésemre egy filozófust találtam, velem egykorú fiatalt, aki mindig kész volt tanácsokkal ellátni." Ennek a sovány, sápadt, szomorú szemű „iparosinak a neve James Watt volt. A huszonhárom éves fiatalember figyelmesen hallgatta Robisont, amint lelkesen ecseteli, hogy a vízszivattyúzáson kívül miért ne lehetne a gőz erejét mindenféle gépek, sőt járművek mozgatására használni. Watt érdeklődése ekkor fordult a titokzatos gőz különös tulajdonságai felé. Bár az egyetem műhelyében az volt a dolga, hogy különféle optikai műszereket, bemutató eszközöket javítson, 1762-ben már arra is szakított magának időt, hogy egy Papin-gőzfazekat készítsen, és méréseket végezzen a gőz nyomásváltozásaival kapcsolatban. Aztán olvasott Savery tüzes gépéről is, és eljátszott a gondolattal, hogy ha ő szerkesztene gőzgépet, vajon Savery vagy Papin útját járná-e. És már
ekkor rádöbbent, hogy Savery a több atmoszféra nyomású gőz és a vákuum váltogatásával elképesztően rossz működési elvet választott. Később így emlékezett erre: „. . .hamarosan feladtam az ötletet, hogy gépet szerkesszek ezen az elven, tudatában lévén annak, hogy ez számos kifogásra ad okot Savery gépével szemben, nevezetesen a kazán robbanásának veszélye, a csatlakozási pontok tömítésének nehézsége, nemkülönben az, hogy a gőz erejének jelentős része elvész..." Persze ekkor már Newcomen légnyomásos gépe is klasszikus alkotásnak számított, de Watt nem az egyetem padjaiban ült, csak az alagsorban. Neki nem kellett vizsgáznia a gőzgépek elméletéből, a maga útját járta. Az egyetemi előadásokon Newcomen gépének működését egy kis modellen mutatták be, rendszerint a hallgatók élénk derültsége közben. A kattogó bádogszerkezet ugyanis gyakran megmakacsolta magát, és meg se mozdult. Pedig már elküldték egy híres londoni műszerészhez is, de az sem sokat tudott rajta segíteni. John Anderson professzor végül megunta a dolgot, és 1763 telén leballagott az alagsori műhelybe az ormótlan szerkezettel. Azzal adta oda Wattnak, hogy próbáljon csinálni vele valamit. Watt óvatosan szemügyre vette a kis masinát. Szépen begyújtott a kazán alá. Egy idő múlva megnyitotta a gőzcsapot, de nem sok történt: „ a tüzet fújva tett néhány ütemet", aztán konokul leállt. Watt türelmesen sorra vette a szerkezeti egységeket. Annyit máris megállapított, hogy kicsi a kazán, kevés gőzt termel. Azután ez a kevés gőz is tovább fogy a hideg fémcsövekben, de legfőképp a hengerben. A vízbefecskendezés ugyanis nem a gőzt, hanem csak a hengert
hűti le. Watt voltaképpen egy tudós alaposságával kereste a bajok gyökerét, a hőveszteség okait. Kísérleteket végzett: megmérte a gőz hőtartalmát, gyötrődött, tűnődött a problémán. Nem is kezdett bele a javításba, amíg rá nem jött, hogy az alapvető hiba a Newcomen-gép lényegében rejlik. Felfedezte a nagy ellentmondást. Ha a gőz beáramlik a hengerbe, és felfelé tolja a dugattyút, az lenne jó, ha a henger tűzforró lenne, mert így szemernyi gőz sem veszne kárba. De a gőzt le kell csapatni, hogy vákuum keletkezzék, ehhez pedig az lenne jó, ha a henger jéghideg lenne. Szerencsétlen henger! Nem lehet egyszerre hideg is meg meleg is. Hát ezért nyelik tonnaszámra a tüzelőt ezek az
11
óriási gépek! Ha fölfelé megy a dugattyú, meleg henger kell. Ha lefelé megy a dugattyú, hideg henger kell. A gőz energiája tehát jórészt abban a sziszifuszi munkában merül ki, hogy minden ütemben újramelegíti a lehűtött hengert. Lassan már két év telt el, de Watt folyton csak a Newcomen-gép furcsa paradoxonén tűnődött. Közben önálló műhelyt nyitott Glasgow-ban a King Streeten, és időnként elutazott egy újonnan épülő vízi út, a második
Bridgewater-csatorna mérnöki munkáinak ellenőrzésére is. Valamiből meg kellett élnie. A gőzgép rejtélyes ellentmondása azonban nem hagyta nyugodni. így hát minden valószínűség szerint 1765 augusztusában történt, hogy villámcsapásként hasított belé a gondolat: nem a hengerben kell lecsapatni a gőzt, hanem egy különálló tartályban. Később így emlékezett vissza erre az élményre: „Egy kellemes vasárnap délután sétálni mentem a glasgow-i parkba. A Charlotte utca végénél a kapun át léptem be, és elhaladva a régi mosoda mellett, a gépen gondolkoztam közben, és már a pásztor házáig jutottam, amikor agyamba villant az ötlet, hogy a gőz, mint rugalmas közeg, beáramolhat egy vákuumba, és ha kapcsolat létesülne a henger és egy ilyen légüres tartály között, akkor a gőz ide áramlana, és be lehetne sűríteni a henger hűtése nélkül. Aztán láttam, hogy meg kell szabadulnom a lecsapódott gőztől és a befecskendezett víztől, ha olyan fecskendőt alkalmazok, amilyen a Newcomen- gépben van. Két megoldás kínálkozott a számomra: először is a víz elvezethető egy lefolyócsövön, ha egy gyűjtőtartály 35 vagy 36 láb mélységben helyezkedhet el (ez kb. 10 méter, máskülönben nem folyik ki a víz a csőből a légnyomás miatt!), és ha bármennyi levegő kivonható egy kis szivattyúval; a második az volt, hogy elég nagy szivattyút kell készíteni a víz és a levegő együttes kivonására.. . Nem sétáltam messzebb, mint a golfház, amikor az egész dolog elrendeződött a fejemben." , Puritán vallásának megfelelően Watt vasárnap nem látott munkához, de hétfőn már rohant a műhelybe, hogy kipróbálja elképzelését. A gőzsűrítő első modellje még ma is őrzi a sietős, durva munka nyomait. Watt a régi műszerek és eszközök között talált egy injekciós fecskendőt. Nem éppen kis darab volt: másfél arasznyi hosszú sárgaréz cső, benne egy mozgatható dugattyúval, ezt használták anatómiai előadásokon az erek színes festékkel való feltöltésére. Ebből lett a kísérleti modell munkahengere. Egy öreg bádogosmester segítségével ehhez csatlakoztatta azután Watt azt az ónozott vascsövet, amelynek a gőzsűrítő (a kondenzátor) szerepét szánta. A glasgow-i séta ötletéből a levegő és a lecsapódott víz eltávolítására rögtön a második megoldást választotta. Tehát ahhoz, hogy a sűrítőben állandóan fenntarthassa a vákuumot, amely átszippantja a gőzt -, még egy kisebb átmérőjű dugattyús csövet is csúsztatott ebbe a bádogcsőbe. Néhány nap alatt végre elkészült a kísérleti masina. Furcsa modell volt! Dugattyúrúdja lefelé lógott, hogy mérősúlyokat lehessen ráakasztani, de arra jó volt, hogy tökéletesen igazolja Watt elképzelését. Ha a feltaláló megfelelő sorrendben nyitotta és csukta rajta a csapokat, a kis dugattyú körülbelül 8 kg tömegű nehezéket rántott fel könnyedén. Méghozzá anélkül, hogy egy szippantásnyi levegő is lett volna a készülékben. Watt ugyanis száműzte a levegőt! Egy atmoszférás gőzzel töltötte ki a helyét! Ahol Newcomen hengere nyitott volt, ott Watt szigorúan lezárta. Biztonságos atmoszferikus „gépében" a munkát nem a légkör, hanem az egy légköri nyomású gőz végezte a vákuum felé elmozdítva a dugattyút. James Watt ilyen módon lezárta az atmoszferikus gőzgépek fejlődési sorát. Papin hajdani készülékében még három különböző feladatot látott el egyetlen tartály: kazán, munkahenger és gőzsűrítő volt egyszerre. Savery és Newcomen a hőveszteség csökkentése céljából már két tartályt alkalmazott: az egyik volt a kazán, a másik pedig a munkahenger és egyben a gőzsűrítő. Savery gépében kívülről hűtötték a hengert, ez primitív megoldás volt. Newcomen már szellemesen oldotta meg a feladatot: vízbefecskendezéssel belülről hűtötte a hengert. És végül jött Watt, aki három tartályra bontotta szét az atmoszferikus gőzgép működéséhez szükséges egységeket. így vált külön a kazán, a munkahenger és a gőzsűrítő megszületett a legnagyobb hatásfokkal működő gőzgép alapelve.
1765. augusztus 23-án Watt már boldogan írta dr. John Roebucknak, a Carron- vasmű egyik tulajdonosának, akivel nemrég ismerkedett össze: „Nagy sikerrel próbáltam ki új gépemet, bár nem tudtam tökéletesen megoldani a légszigetelést a rossz anyag miatt, mégis, amint elfordítottam a gőzkivezető csapot, a terheletlen dugattyú oly gyorsan emelkedett föl, mint egy kalapácsütés, ugyanolyan gyorsan akkor is, amikor 18 font súllyal (kb. 8 kg-mal) terheltem, mintha csak a szokásos befecskendezést kapta volna."
Wattnak valóban nem volt szüksége a Newcomen-féle vízbefecskendezésre! Hiszen amikor kinyitotta a kivezetőcsapot, a gőz rögtön átsuhant a kondenzátorba: átszívta a vákuum. Itt pedig már ugyanaz történt, mint egy mosókonyha hideg ablakain: lecsapódott a gőz, és ismét víz lett belőle. Watt fejében zsongtak az ötletek, ideges és nyugtalan volt, ezt a néhány augusztusi napot az ihlet egyetlen nagy pillanataként élte át. így igazán nem csodálkozhatunk rajta, hogy amikor még tökéletesítgette első modelljét, és hajdani barátja, John Robison külföldről hazaérkezve betoppant hozzá, elég különösen viselkedett. A későbbi egyetemi professzor így emlékezett erre a találkozásra: „Minden ünnepélyesség nélkül léptem be Watt nappali szobájába, és ott találtam a tűz előtt ülve, amint a térdén egy kis bádogtartály feküdt. Arról kezdtem beszélni, amiről utolsó találkozásunk idején volt szó valamit a gőzről. Watt egész idő alatt a tűzbe bámult, és a bádogtartályt letette a szék lábához. Végül rám pillantott, és élénken azt mondta: »Ember, nem kell többé izgatnod magad emiatt. Olyan gépet csináltam most, amelyben egy cseppnyi gőz sem vész kárba. Az egész tűzforró lesz igen, és ha akarom, forró vizet fecskendez be.«" Watt most már biztos volt benne, hogy a különálló gőzsűrítő működni fog a gyakorlatban is. De a glasgow-i séta után „egy vagy két nap alatt" már végigfutott gondolatban a tökéletesítési lehetőségek egész láncolatán. így jutott végül arra a következtetésre, hogy ha a munkahenger szabadon érintkezik a környező hideg levegővel, ez újabb hőveszteséget jelenthet, hiszen bizonyos mennyiségű gőz biztosan lecsapódik a henger falán. Watt ezért rögtön egy burkolóhengerre is gondolt, amelyet a forró gőz „szigetel". Ilyen módon tehát magabiztosan mondhatta, hogy „az egész tűzforró lesz". Nemsokára nekiállt, és elkészítette második modelljét, hogy a gyakorlatban is kipróbálja a hőszigetelés gőzös ötletét. A
sűrítőben megint egy kis légszivattyút alkalmazott, és később is kitartott ennél. De most még erélyesebben valósította meg eredeti elképzelését. Az egész gőzsűrítőt hideg vízzel töltött tartályba helyezte ez volt a hideg blokk. A dugattyúhenger köré viszont egy nagyobb hengert forrasztott ez volt a forró blokk. 1765 októberében Watt már ezzel a kis készülékkel folytatta kísérleteit, és az apró dugattyú még kevesebb gőz felhasználásával emelgette könnyedén a tengelyére függesztett súlyokat. De ez még nem volt igazi, működőképes gőzgép. Ebben az időben Anglia lakosságának nyolcvan százaléka mezőgazdaságból élt. Az iparosok is a természet ajándékait dolgozták fel: a gyapjúból kelméket szőttek, a búzát lisztté őrölték, a bőrökből lábbelit és lószerszámot készítettek a diadalmas „vaskor" még az idők mélyén szunnyadt. De miért? A válasz logikus: ennek a félelmetes erejű fémnek a megmunkálása, kovácsolása, fúrása, esztergálása robusztus munkagépeket kívánt. Először tehát ezeket a fémszörnyeket kellett előállítani.
És mi adhatta számukra a szükséges mozgatóenergiát? A gőz! A szendergő korszak tehát egy gazdaságos, jó hatásfokkal működő gőzgépre várt. Ezekben az években Watton kívül csak egy feltaláló akadt, aki jelentős ötlettel járult hozzá a Newcomen-gőzgép tökéletesítéséhez. A messzi orosz földön Iván Polzunov a „kettőzés" ötletével olyan Newcomen-gépet tervezett, amelyben két munkahenger kapott helyet egymás mellett. Ezzel a szerkezeti megoldással sikerült száműznie az ormótlan himbát. Helyette olyan lánckereket alkalmazott, amely egy kohómű fújtatóit hozta mozgásba, ilyen módon benne rejlett már a forgó mozgás megvalósításának lehetősége is. Polzunov, a köhögési
rohamoktól szenvedő, sovány feltaláló azonban egyelőre attól is boldog volt, hogy az „üzemi szükségletekre rendelt, tűzzel működő gép" 1765 végére elkészült a Tomszk közelében álló, barnauli kohóműben. Mennyi lázas, megfeszített munka volt ebben az óriási masinában, amely ráadásul mindenféle kí-sérleti modell nélkül rögtön „nagyban" épült! Az üzemi próbákat a mai naptár szerint 1766. június 3-án kezdték meg a géppel, de Polzunov nélkül. A szerencsétlen feltalálót hét nappal korábban vitte el a tüdővész. Talán jobb is volt így neki. Hiszen a cár atyuska országában igazán nem voltak meg az ipari feltételek ahhoz, hogy egy ilyen újszerű gépet szívós kitartással tökéletesítsenek. Nem véletlen tehát, hogy Polzunov gőzgépe csak
1766. november 21-ig működött. Kilyukadt a kazánja, mert túlságosan vékony rézlemezekből szegecselték össze! A gépet leállították, később pedig darabjaira szedték, így végképp füstbe ment a gőzgép gyors térhódításának lehetősége Oroszországban. Wattnak is meg kellett élnie valamiből, ezért kis műhelyében a King Streeten nemcsak műszereket javított, hanem irodát is nyitott különféle tervek és földmunkák ellenőrzésére a hajózható csatornák építési lázának kezdetén. Közben persze tovább kísérletezett, és 1766-ban boldogan Polzunov nagy ötlete a Newcomen-gőzgép megkettőzése volt. Ezzel eltüntette a bólogató himbát, és egyszerre két légfújtatót állíthatott munkába. Szellemesen oldotta meg gőzgépének automatizálását is. Miközben a félhold
alakú ütköző átbillent a másik oldalra, a fogazott vízszintes tányérkerék 180 fokos fordulattal megcserélte a két hengerbe áramló gőz. illetve a hűtővíz útját vette dr. John Roebuck ajánlatát, hogy kössenek szerződést az újfajta gőzgép elkészítésére és hasznosítására. Watt tervei alapján a Kinneilben lakó Roebuck háza mögött egy pajtában kezdték meg titokban a kis gőzgép építését. Most kezdődtek igazán a bajok is! Öntés, fúrás, reszelés, forrasztás, szegecselés csupa iparos munka, tökéletlen szerszámokkal. Wattot mindez roppant idegesítette. Szívesebben látogatta az épülő csatornákat, így a gép közben nehezen készült. 1768-ban csak az volt az igazi élmény számára, amikor kalandos utazással a távoli Birminghambe látogatva két hetet töltött Roebuck két barátjának gyárában, a modern idők szellemét sugárzó sohói üzemben, ahol hatszáz ember munkálkodott különféle vasáruk előállításán. Dr. John Small és Matthew Boulton, az üzem tulajdonosai már ekkor érdeklődtek az ifjú feltaláló újfajta gőzgépe iránt. Watt tehát azzal a javaslattal tért haza, hogy jól tenné
Roebuck, ha ezt a két tőkeerős vállalkozót is bevenné az üzletbe. Watt különben azért sem dolgozott teljes energiával az új gőzgép építésén, mert még mindig erősen foglalkoztatta a gondolat: hátha jobb lenne a dugattyútól is megszabadulni. A vízkerékhez hasonlóan valamiféle forgólapátos gőzgépen tűnődött. Hiszen ezzel a Newcomen-gép szaggatott mozgását is ki lehetne küszöbölni. Terveket készített, kísérletezgetett, így nem csoda, hogy 1768 végén Roebuck elvesztette türelmét, és ezt írta neki: „Ön életének legtermékenyebb szakaszát hagyja közömbösen elsuhanni. . . Egy napot, egy pillanatot sem szabad elveszíteni. És nem szabad tűrnie, hogy gondolatait eltérítse bármi más tárgy vagy még inkább ennek tökéletesítése, hanem csak egy megfelelő méret leggyorsabb és leghatásosabb kivitelezése legyen a cél az ön jelenlegi elképzeléseinek megfelelően." Wattot persze nem lehetett eltéríteni, de a nyugtalan Roebucknak sikerült annyit elérnie, hogy a feltaláló befejezte a 20-25 cm hengerátmérőjű gőzgép építését. Ez a kísérleti berendezés már megmutatta, hogy a különálló kondenzátorral valóban kisebb a gőzveszteség, mint egy hagyományos Newcomen-gépben. Elérkezett hát az ideje, hogy Watt szabadalmat kérjen találmányára.
„Új módszer a gőz és a tüzelőanyag mennyiségének : csökkentésére a tüzes gépekben." Watt ezzel a címmel nyújtotta be szabadalmi kérelmét III. György királynak, tehát tisztában volt azzal, hogy nem tekintheti magát a gőzgép feltalálójának! A rajzot 1768-69 táján készítette találmányáról, de végül nem ezt mellékelte beadványához. A naptár 1769-et mutatott. Az angol bányákban ekkor már 120 Newcomen- gőzgép működött, és volt közöttük olyan monstrum is, amelynek öntöttvas munkahengerében 185 cm átmérőjű dugattyú járt zakatolva föl és alá. John Smeaton mérnök, az Eddystone világítótoronnyal elért sikerén felbuzdulva, ebben az évben alaposan megvizsgálta a Newcomen-gőzgép szerkezeti felépítését. Több szellemes részletmegoldással tette egyenletesebbé a működését, csak éppen nem vette észre, hogy a lényeggel van baj!
A világ számára ugyanilyen észrevétlen volt, hogy a korzikai Ajaccio városában felsírt egy csecsemő, akit Bonaparte Napóleonnak hívtak.
De még egy londoni polgár is csak arról mesélt volna 1769 végén, hogy ennek az évnek két érdekes eseménye volt: Philip Astley nyugalmazott lovassági hadnagy bűvészeket, bohócokat és más mutatványosokat szerződtetve megalapította a világ első cirkuszát; másrészt nagy megdöbbenést keltett, hogy a Szent György temetőben különös módon helyezték örök nyugalomra Honoretta Pratt asszony holttestét: nyitott sírban égették el, mert végrendelete szerint ezzel akart példát mutatni a jövendő nemzedékek számára az egészségesebb temetkezési szokások kialakítására. Pedig két évszázad távlatából nézve 1769 igazi szenzációja James Wattnak a 913. sorszámot viselő szabadalma volt. Minthogy a történészek ettől a fontos találmányi okirattól számítják az ipari forradalom kezdetét, érdemes elolvasni legalább a kezdő mondatát (Révbíró Tamás fordításában):
„Minekutána Ő Legfőbb Királyi Felsége, Harmadik György szabadalomlevelében, Nagy Britannia Nagy Pecsétje alatt, uralkodásának kilencedik évében, január ötödik napján megadta a Glasgow városában lakó, kereskedő foglalkozású James Wattnak, illetve képviselőinek, ügyintézőinek és megbízottainak a kizárólagos jogot és haszonélvezetet egy bizonyos általa feltalált, a gőzgépekben felhasznált gőz és tüzelőanyag mennyiségének csökkentését elősegítő gépezet gyártására és forgalmazására Őfelsége birodalmának Anglia néven nevezett területén, a Walesi Tartományban, valamint Berwick-Upon-Tweed városában, továbbá Őfelsége külföldi gyarmatain és telepein tizennégy év időtartamára, egy feltétellel, miszerint a fent nevezett James Watt saját kezével és pecsétjével hitelesített, részletes leírást nyújt be bejegyzésre fent nevezett találmányáról Őfelsége Kancelláriai Törvényszékénél, a fent nevezett szabadalomlevél keltétől számított négy hónapon belül; és minekutána a fent nevezett James Watt a fenti kikötés értelmében be is nyújtotta bejegyzésre a fent nevezett találmány részletes leírását Őfelsége Kancelláriai Törvényszékéhez, az Úr ezerhétszázhatvankilencedik évében, április huszonkilencedikén, amely leírás szavait és értelmét tekintve azonos az alábbiakkal... "
Ezután következtek azok a szabadalmi pontok, amelyekben Watt sorra kifejtette elgondolását, és amelyeknek megvalósításán most már a gyakorlatban fáradozott. Nem sok sikerrel. Pedig egy finom és részletes mérnöki terv alapján ekkor egy 45 cm-es hengerátmérőjű gőzgép építését kezdték meg Kinneilben. Ennek már ugyanolyan automatikával kellett működnie, mint Newcomen gépének. De nem ez volt a szerkezet legkényesebb része. Hanem a henger! A híres Carron- vasműben többször is elkészítették az öntvényt, de aztán mindig félrefúrták benne a lyukat. Watt vágyakozva gondolt arra, hogy odalent délen, abban a távoli sohói gyárban, Birminghamtől kétmérföldnyire mennyivel ügyesebb és pontosabb munkát végeznének. Puhatolózó leveleire 1769 nyarán érkezett meg Boulton válasza, egy ügyes mérnök és egy energikus üzletember jellegzetes levele: „Két ok serkentett arra, hogy felajánljam Önnek együttműködésemet a szeretet Ön iránt és a szeretet a pénzt ígérő különleges terv iránt. Feltételezem, hogy az Ön gépéhez pénzre, nagyon pontos mestermunkára és kiterjedt kapcsolatokra van szükség, hogy a legjobbat lehessen kihozni belőle. . . ezért az az elképzelésem, hogy egy gyárat kell létesíteni csatornánk mentén, az enyém mellett, ahol a gép befejezéséhez szükséges minden eszköz rendelkezésre áll, és ebből a gyárból fogjuk ellátni tetszés szerinti méretű gépekkel az egész világot." Nagyvonalú ajánlat volt, de Watt még nem fogadhatta el, mert dr. Roebuck volt a „főnök" a maga kétharmados üzleti részesedésével. Ráadásul 1769 szeptemberében végre készen állt a 45 cm-es gőzgép. Megkezdődtek a próbák. A bólogató góliát hengerének belsejében másfél méteres úton suhant a dugattyú föl-alá a gőz erejével. Igazság szerint azonban túlzás, hogy „suhant" a dugattyú benne, mert a valóságban úgy döcögött és kalimpált, mint egy elszabadult harangnyelv. De más hibák is voltak. Főként azzal az olajtömítésű szelencével voltak
problémák, amelynek a henger tetején kinyúló dugattyúrúd körül tökéletes légszigetelést kellett biztosítania. Watt atmoszferikus gőzgépében ez volt az egyik kritikus pont, hiszen a levegőnek nem volt szabad bejutnia a hengerbe.
Ekkor írta egyik levelében: „Az egyetlen következtetés, amit levonhatok ebből a próbából, hogy csak feleannyi gőzt fog fogyasztani, mint egy szokásos gép." De a masina még alkalmatlan volt rá, hogy energiát szolgáltasson. A feltaláló tovább kínlódott, és egyik levelében már így sóhajtott fel:
„Nincs az egész életben bolondabb dolog, mint feltalálni valamit!" Roebucknak is egyre fogyott a pénze, bányáit elöntötte a víz, igazán nagy szüksége lett volna az új gőzgépre.
A szerkezet azonban csak döcögött. 1773 márciusában egy utolsó üzleti vállalkozás révén Roebuck teljes anyagi csődbe jutott. Kinneilben már senki sem törődött a jövő reménységével, a csodagéppel. 1773. május 20-án Watt elkeseredetten írta John Smallnak: „...minthogy a gépet az enyészetnek átengedve találtam Kinneilben, egyáltalán nem a legmegfelelőbb körülmények között ... ezért valahol másutt kell elhelyeznem, tehát a héten darabokra szedtem, összecsomagoltam a vasszerkezeteket, a hengert és a szivattyút, hogy készen álljon a hajóútra Londonból Birminghambe, mely az egyetlen hely, hol a kísérletek megfelelően elvégezhetők úgy vélem, az egész nem nyom többet négy tonnánál."
Szolid kis gőzgép volt, akkora súllyal, mint egy elefánt! Nem csoda, hogy jócskán akadt rajta még javítanivaló. Roebuck a teljes csőd közepette nem tehetett mást: 1773 augusztusában eladta Boultonnak saját üzleti részesedését a gőzgép várható hasznából. Wattot mélyen megrendítette Roebuck kudarca. Mégiscsak ez az ember volt, aki elsőként segített rajta, és aki hitt az új gőzgépben. A feltaláló amúgy is zárkózott ember volt, nehezen viselte el a balsikert, most még komorabbá vált. Meghalt a felesége is. A legnagyobb gondok közepette maradt özvegyen két gyermekkel. Semmi sem kötötte már a hideg északi Glasgow-hoz. Engedett hát Boulton unszolásának, és 1774. május 17-én elindult Birminghambe, az ígéret földjére. Abban a pillanatban felgyorsultak az események, amint Boulton vette kezébe a kinneili gép szerelésének irányítását és az egyes alkatrészek kivitelezésének ellenőrzését. Elkészült újra az elátkozott 45 cm-es henger! A kor legkiválóbb „vasmestere", John Wilkinson fúrta ki milliméteres pontossággal azon az újfajta gépen, amelyet ágyúcsövek készítésére szánt. És 1774 végén az egész sohói gyár ott tolongott a tréfásan Belzebubnak becézett pokoli masina körül. Elérkezett az ünnepélyes pillanat: Watt kinyitotta a gőzbevezető csapot, és a „kinneili" gép könnyed bólintással munkába lendült. A feltaláló bizonyára könnybe lábadt szemmel nézte, hiszen itt zakatolt minden álmatlan éjszakája, minden elképzelése, egy évtized küzdelme. Ez volt az első olyan automatikus szelepvezérlésű gőzgép, amely egy légköri nyomással, de a légkör nyomása nélkül működött. 1774. december 11-én már büszkén írta apjának: „A tüzes gép, melyet feltaláltam, most már működik, és sokkal jobban megfelel, mint bármi más, mit eddig készítettek." Boulton is boldog volt, de rádöbbent, hogy ha most ráállnak a gőzgép gyártására, valójában „kifutnak az időből", és a magasra törő tervek semmivé lesznek, mert Watt találmányi védettsége kilenc év múlva lejár. Azonnal cselekedni kellett. Watt tehát kérelmet nyújtott be a parlamenthez, hogy hosszabbítsák meg a kizárólagossági jog időtartamát gépének gyártására. S a képviselők, igaz, viharos ellenállás után, 1775. május 22-én elfogadták a törvényjavaslatot. Watt újabb 25 évre kapta meg a szabadalmi védettséget, és ezúttal nemcsak Angliára, hanem Skóciára és az angol gyarmatokra is. Boulton most már elemében volt. 1775. június 1-i hatállyal szerződést kötött Watt-tal, s ennek értelmében a várható üzleti haszonból egyharmad rész Wattot, kétharmad rész Boultont illeti. Megalakult tehát a Boulton & Watt Company, és a kinneili gép tervei alapján rögtön két óriás készítéséhez láttak hozzá. Az egyik masina hengere, amelyet 50 hüvelykes (125 cm-es) belső furatátmérővel terveztek, Wilkinson mester műhelyében készült különleges öntési
technológiával és a szokásos fúrási pontossággal. A másik gép 38 hüvelykes (95 cm-es) hengerének kivitelezése a sohói gyár szakembereinek erőpróbája volt. A legfontosabb egységekkel párhuzamosan készült a többi alkatrész is. Aztán megkezdődött a nagyobbik gép összeszerelése.
Az egész gyár olyan volt, mint a felbolydult méhkas, egyedül Watt volt nyugodt. Szokásos tudósi precizitásával hosszasan tűnődött az egyes részletmegoldásokon, hátha lehet még tökéletesíteni valamit, gondosan elbabrált különféle szerkezeti elemekkel, így hát 1775 decemberében Boulton is elvesztette már a türelmét, amikor ezt írta neki: „Ne engedje, hogy a gép egyetlen ütemet is tegyen, amíg nem biztos benne, hogy hiba nélkül fog működni, de aztán, az isten szerelmére, lásson neki, és tegyen meg mindent, ami Öntől telik!" Bloomfieldben a bányatulajdonosok már nyugtalanul várták a 125 cm-es dugattyú átmérőjű óriásgépet. Watt tehát összeszedte magát, és az ünnepélyes pillanat 1776. március 8-án érkezett el, amikor a gőzsűrítős, egy atmoszféra nyomású gőzgép működni kezdett Birminghamtől tizenöt kilométerrel északnyugatra, Tipton városkájának közelében. Ez volt a hódításra induló Watt- gőzgép első nyilvános bemutatkozása a bányatulajdonosok, számos szakértő úriember és a birminghami lapok tudósítói előtt. A birminghami Gazette képviselője nemigen sejtette, milyen jelentős esemény szemtanúja volt, mert tartózkodóan csak így írt: „Különös izgalmat keltett, amint egy ilyen egyedülálló és energikus gépezet megmozdult, és kitűnő teljesítményével tökéletesen megfelelt a várakozásnak." A Boulton és Watt cég megnyerte az első csatát! És a gépek történetében ez legalább olyan döntő esemény volt, mint négy hónap múlva a világtörténelemben a tizenhárom észak-amerikai brit gyarmat elszakadása az anyaországtól 1776. július 4-én. A hétéves gyarmati háborúban Anglia érzékeny veszteséget szenvedett, hiszen gazdagságának egyik jelentős forrása apadt el, ám a Wattgőz géppel voltaképpen az ipari hatalom kulcsát kapta kárpótlásul. Matthew Boulton is érezte ezt a hatalmat, mert amikor 1776-ban egyik látogatójával belépett a sohói gyárba, körbemutatott, és tömören csak ennyit mondott: „Azt adok itt el, Sir, amit áhít az egész világ: energiát."
A Boulton és Watt cégben a lehető legszerencsésebben találkozott egy nagyvonalú üzletember és egy zseniális feltaláló. Most már az üzletemberen volt a sor. A cég sorra kapta a megrendeléseket, hiszen akkora volt az energiaéhség, hogy 1777-ben már Anglia szénnel tömött távoli „csizmájából", Comwallból is érkeztek szénbányatulajdonosok, hogy Boulton-Watt-gőzgépet vásároljanak. Akkoriban azonban a gépek még nem sorozatgyártással készültek. Minden darabot, minden alkatrészt a megrendelő által kívánt méretek szerint alakítottak ki. A cég nem is tudott volna eleget tenni a kérések növekvő áradatának, ha nem alkalmazza a „bedolgozó" módszert. A megrendelő a cégtől kapott tervek alapján saját maga szervezte meg a gőzgép építését. Wilkinson gyárában készíttette el például a legfontosabb alkatrészt, a pontos hengert, más cégekkel a kisebb szerkezeti egységeket csináltatta, és a sohói gyár szakemberei csak a finom megmunkálást igénylő szelepeket, gőzcsapokat és a vezérlőművet gyártották le. A helyszínre utazott egy szerelőmémök, és az egész gép összeállítását az ő irányításával végezték el. Mindezért a Boulton és Watt cég remek üzleti fogással csak annyit kért, hogy a gép tulajdonosai egy azonos teljesítményű Newcomen-gép tüzelő- fogyasztásának egyharmadát fizessék ki számukra folyamatosan. Egy gőzgép teljesítményét a legegyszerűbben azzal mérhették, hogy mennyi vizet szivattyúzott ki egy bizonyos idő alatt. Watt tehát vízórát szerkesztett, ezt ólompecséttel lezárva a gépen helyezték el, és csak akkor nyitották fel, amikor esedékessé vált a gép árának újabb havi törlesztése. Comwallból először a Ting-tang bánya tulajdonosai kértek gőzgépet, majd hamarosan a Wheal Busy bánya is hasonló igényt jelentett be. Itt személyesen Watt ellenőrizte az összeszerelés munkáját, és szokásos fanyar stílusában így írt a beindított masináról üzlettársának: „Megértem, hogy az összes vezető nyugati iparos idegyűlik látni a csodát... A gép hevessége, mérete és iszonyú dübörgése általános megelégedést kelt a tulajdonosok körében, és akár hiszi, akár nem, a zaj testesíti meg az erő félelmetes fogalmát annak a tudatlannak a számára, aki a rejtett kiválóságot egy gépben sem becsüli többre, mint egy emberben."
Egyre többen ismerték fel azonban az új típusú gőzgépben a „rejtett kiválóságot". Öt év alatt összesen 40 Boulton-Watt-gőzgépet állított fel a cég, és most már a gomba módra szaporodó textilüzemek is mind sürgetőbben jelentkeztek. Csakhogy ezekben a kis gyárakban forgó géphajtásra volt szükség, a lengő himbájú Watt-gőzgép pedig erre a célra egyáltalán nem volt alkalmas. Nem véletlen tehát, hogy Matthew Wasborough bristoli mérnök
1779-ben elsőként alakított át egy Newcomen-gőzgépet forgó géphajtásra egy birminghami gombgyáros kívánságára. A himba végét a közismert forgattyús tengellyel kötötte össze, és hogy a szaggatott húzóütemekből eredő forgást egyenletesebbé tegye, a tengely egyik végére lendkereket szerelt. Az egészben az volt a szép, hogy szabadalmi oltalmat is kért erre a megoldásra! Holott nem ő találta ki a dolgot, mert minden kezdő gépész ismerte ezt a két szerkezeti elemet. Boulton mindenesetre a növekvő igényeknek megfelelően világosan látta, hogy tovább kell fejleszteni a „bólogató" gőzgépet. 1781-ben már ezt írta Wattnak: „Londonban, Manchesterben és Birminghamben az emberek a gőzgép megszállottjai. Nem akarom sürgetni Önt, de úgy vélem, egy vagy két hónapon belül el kell határoznunk, hogy szabadalmat váltunk ki a hasznos forgó mozgás bizonyos módszereire." Watt persze rögtön a forgattyús tengelyre gondolt. De döbbenten értesült róla, hogy ez a lendkerékkel együtt már „foglalt", és csak nagy pénzért lehet megvásárolni a tulajdonostól a királyi pecséttel védett szabadalmat. 1781 áprilisában érthető bosszúsággal írta Boultonnak: „Ha a király azt gondolja, hogy Matthew Wasborough jobb mérnök, mint én, akkor nem fogom más belátásra bírni, ezt ráhagyom Matthew-ra." Boulton viszont nem hagyta annyiban a dolgot, és egyre jobban sürgette főmérnökét. Watt erre megint összeszedte magát talán a büszkesége is hajtotta és könnyedén megmutatta, mennyivel jobb mérnök Wasboroughnál! Egyszerre ötféle módot talált ki, hogy a föl-le mozgó dugattyú miként forgathat egy géptengelyt. A feladat nem volt könnyű, mert a dugattyú csak akkor végzett munkát, amikor éppen lefelé haladt. Watt híres szabadalma, amelyet végül 1781. október 25-én kapott meg a király
aláírásával, ma is bámulatra méltó. A szellemes mechanikai ötletek közül a gyakorlatban végül is csak egyet alkalmazott következetesen, az úgynevezett bolygókerekes megoldást. Bár ez történetesen a sohói gyár tagbaszakadt, tehetséges gépészének, William Murdocknak az elképzelése alapján készült, voltaképpen nem kisebbíti Watt feltalálói érdemeit. Hát ezért olyan furcsák a 18. század végén készült Wattgőzgépek! Mindegyiken két nagy fogaskerék látható, a forgástengelyre erősítették a „napkereket", a himba végéről lenyúló rúdhoz pedig a „bolygókereket". így amint a himba fölemelkedett, mindig fél fordulattal pördítette tovább a tengelyt, a másik fél fordulat pedig már a lendkerék dolga volt. Az már csak a sors könnyed tréfája, hogy 1781-ben nemcsak a bolygókerék született meg, hanem egy valódi bolygót is „kapott" az emberiség: William Herschel angol csillagász ekkor fedezte föl az Uránuszt. Mivel a forgótengelyes gőzgép csak „félmunkát" végzett minden ütemben, ezért a feltaláló nyugtalanul tovább tervezgetett, és
1782. július 17-én már arra kapott szabadalmat, hogy miként lehet kétszer
nagyobb teljesítményt kihozni gépeiből. Régóta gondolt erre, de most dolgozta ki minden részletében a kettős működésű gőzgépet. Eddig csak a dugattyúrúd felől áramlott a hengerbe a gőz, és a túloldalon a vákuum „húzta le" a dugattyút. A kettős működés elve egyszerű ötlet volt: mindkét irányból fölváltva áramlik a gőz a hengerbe, és egyúttal mindig a dugattyú túloldaláról szippantja be a maradékot a gőzsűrítő, hogy vákuum keletkezzék. Ilyen módon a dugattyú le és felmenő ütemében egyaránt munkát tudott végezni a gép. De mi legyen a himbával? A dugattyú eddig csak húzta, most tolnia is kellett, méghozzá egyenes vonalban! Watt elképesztő módszert ismertetett ugyanebben a szabadalmában: a dugattyú végére egyenes, a himba végére pedig ívelt fogaslécet talált ki. Eléggé esetlen mechanikai megoldás volt, de a kettős működésű gőzgép szabadalma csak így vált teljessé. Watt ezek után meggyőződéssel írhatta: „... az ily módon szerkesztett gép kétszeres mennyiségű munkát végez vagy kétszer nagyobb teljesítményt szolgáltat ugyanannyi idő alatt (azonos
hengermérettel) ahhoz a géphez képest, amelyben a gőz tevékeny ereje csak egy irányban hat a dugattyúra vagy lefelé, vagy felfelé." Az első forgótengelyes gőzgépet 1782-ben állították fel a Bradley-vasműben, ahol azután óriási kovácsolóberendezést működtetett. A másodikat „otthon", a sohói gyárban fogták munkára. Ezek azonban még csak fél fordulat alatt fejtettek ki erőt. A kettős működésű gép elkészítése váratott magára. Watt ugyanis hamar rájött, hogy a fogasléces hajtás nem sok jót ígér a gyakorlatban. Sokáig törte a fejét, mit lehetne tenni. S egyszer talán épp egy megdőlt fakerítésre tévedt a pillantása, amikor megtalálta a „paralelogramma"-megoldást. Ha ugyanis egy kerítés függőleges lécei oldalra dőlnek, a két vízszintes keresztléc akkor is párhuzamosan tartja őket. Éppen ez kellett Wattnak! 1784. április 28-i szabadalmában egy merev csuklós szerkezetet ismertetett, és élete végéig ezt tartotta legnagyobb találmányának. Ezzel véglegesen megnyílt az út a kettős működésű forgó gőzgép előtt. Megszületett az univerzális gőzgép! Ettől kezdve a Boulton & Watt cég elegáns gépeivel tetszés szerint lehetett hajtani hajócsörlőktől fúrógépeken át szövőszékig bármilyen mechanizmust. James Watt briliáns feltalálói korszaka lényegében itt ért véget. A későbbi években már csak olyan szerkezeti változtatásokat hajtott végre, amelyek gazdaságosabbá és tökéletesebbé tették a gőzgép bonyolult működését. így amikor 1800ban nyugdíjba vonult a cégtől, igazán elégedett lehetett. Világszerte tombolt a gőzgépmánia, és egyedül a Boulton & Watt cég 496 gőzgépet állított munkába. De az új típus még nem volt egyeduralkodó: ugyanebben az évben 1500 Newcomen típusú gőzgép is dolgozott, főleg Angliában. A gőzgépek energiája olyan lendületes ipari fejlődést indított el, amelyről a század elején még senki sem álmodott. S az ünnepi hangulatban, 1800. december 24-én megjelent Angliában az első karácsonyfa is, III.
György király német származású felesége állította fel a windsori kastélyban. A csillogó fenyőfa alatt bizonyára sokféle ajándék
hevert. De Nagy-Britannia számára az igazi ajándék Watt gőzgépe volt, amely megteremtette az alapot ahhoz, hogy a következő évszázadban a szigetország már a „világ műhelye" legyen.