瓦特

    1.攀登新的高点

    如果说博尔顿把具有发明创造天才的瓦特，看成是一棵取之不尽的“摇钱树”的话，那么，瓦特则把具有商业头脑和开拓精神的博尔顿，比作为能够点石成金的“魔术师”。这一对伙伴的结合，注定了他们会取得丰硕的成果。

    现在，瓦特终于找到了坚强的后盾，没有后顾之忧了。他可以把自己的精力，集中用到技术开发方面。在市场经济的竞争中，仅靠大腕手段是不够的，还必须有质量高超的产品做根基，才能更好地打开局面，而这正是瓦特的责任。虽然，非旋转的复动式瓦特发动机制造了几台，甚至还造过几台那种单动的旋转式发动机，但是，这两项却是非常密切地联系在一起的。因为一旦旋转运动被设想出来，那么就可以将这来自应用于运转的两倍冲力的优点显而易见。博尔顿在1781年给瓦特的一封信里指出了这一点。他写道：

    如果按照你几年前的设计和图纸去制造出上下运动的引擎，曲柄可完整地转一圈，那么我们就有把握了，因为普通引擎是不能做上下运动的。

    博尔顿在这封信里所提到的图纸，是在1774年、1775年间提交关于延长引擎发明专利权法提案时绘制的。因此，我们可能会感到不理解：为什么竟然将这么一项大有发展前途的研究成果默默无闻地搁置了如此之久。在应用复动和旋转的原理方面，虽然瓦特起着智囊的作用，但博尔顿却起了促进作用，用他自己的话说，他充当了平安出世的助产士。

    瓦特的优柔寡断是有着几个密切相关的原因的。康沃尔的事务使他忙得不可开交。当他不在康沃尔的时候，他实际上是在为康沃尔准备新式引擎的设计图纸而忙碌。尽管他全力以赴，但他却没有博尔顿那种商业上的远见，从而他不可能看到比康沃尔更远的地方。可是他的合伙人却意识到康沃尔只能是一个短期的市场。因而他们必须找到并占领新的矿区。此外，从工艺上看，单动式抽水机引擎当时就十分走俏。正像我们后来看到的那样，虽然向康沃尔提供复动式抽水机引擎，但很多矿业经理却仍然宁愿选用那种老式的单动式引擎，并且继续定货。因此，康沃尔作为促使繁忙的瓦特去开拓新的领域的推动力的作用是微乎其微的。如上面所引用的那封信中说过的那样，而是那位高瞻远瞩的博尔顿预见到了这种旋转式引擎大有前途，并且促使复动式原理首先得到运用。他在1781年6 月写道：

    伦敦、曼彻斯特和伯明翰的那批人，正狂热地迷信着蒸汽碾磨机，我的意思不是在催促您，但我认为在一两个月内，我们应该下决心取得制造旋转运动蒸汽引擎的某种方法的专利权……像康沃尔这样的地方再也找不到了……对我们引擎的最有希望的销路，就是把它们运到磨坊中去。这肯定是一个广阔的领域。

    就这样瓦特被动员起来了。他开始了工作，并且一旦干上手，他便抓得很紧。他的复动式发动机是在1782年取得发明专利权的，到了1783年3 月，这种型号的第一台试验性发动机就在索荷运转起来了。它有一个18英寸的汽缸，即小冲程为18英寸，这台旋转式发动机，被用来带动一台小型的谷物碾磨机。瓦特在早些时候，曾经利用单动式发动机试验过旋转运动，为了叙述起来方便些，我们把这些试验以及与此有关的那个关于曲柄发明专利权的众说纷纭的问题，留到后面去谈。

    就汽缸、阀门和阀体而言，从单动到复动的变更，并不意味着有任何根本的变化，而只不过是一种改装而已。取代过去在汽缸底上的排气阀和平衡阀，以及顶上的一个蒸汽吸入阀（最早时期的单动式引擎除外）等老式安装，现在则在两端都安装蒸汽吸入阀和排出阀。它们还是以前使用过的那种降落式阀门，这些阀门打开时是这样的：当汽缸的一端接通锅炉蒸汽时，另一端则通向冷凝器，并且处于真空状态。活塞就在每个冲程时产生动力。瓦特必须解决的最大问题是，怎样才能以最佳效果把这一动力传送到横梁上，在那种单动式发动机上，用一根链条把活塞杆和横梁上的扇形轮连接起来就足够了，因为链条总是处于张力状态，但现在的活塞杆却要来回推拉，因此，就必须采用某种形式的刚性连接才行。

    瓦特马上就想到了采用导向丁字头和连接杆，但这种简单的解决办法对瓦特要达到的目的来说，却存在着若干严重的缺陷。由于当时还没有大型的刨床，因此，要想制造出表面确实十分平滑的长丁字头导杆来，会是极端困难而又昂贵的，无论如何这种导杆是无法采用的。因为要在这些导杆和横梁之间留出空隙，就必须有一根很长的连接杆，这会使发动机的整个高度增加，这无疑会使那些可能成为买主的人感到心灰意冷。因此，瓦特便试图寻求别的解决办法。安装在索荷的被瓦特称之为第一台的“上下往复式发动机”，在活塞杆的末端有一个导轨齿轮，它同横梁扇形轮上的一部分齿轮口齿合在一起。不用说，这种既原始又临时的办法是不会成功的。瓦特很快就抱怨齿轮的凸齿断了。他曾在此后不久写道：这台引擎“运转的动力真大，以至一再把所有的绞轮都弄断”。这就意味着整套装置都报废了。

    由于想不出有效的办法，这套齿轮系统还是持续运转了一段时间，与此同时，瓦特仍在不断地尽力解决这个问题。1784年6 月，他写信给博尔顿说：

    我已开始着手研究一个新问题啦！我已摸索到一种能使活塞杆上下垂直运动的方法，只要把活塞杆固定在横梁的一块铁板上，既不需要链条，也不要垂直导杆，外部也不需要摩擦件轴、弓形头和其他笨拙的玩艺儿，这个新装置，完全能够使我们如愿以偿……

    迄今，我只用小模型进行过试验，因此还不能制造它，不过，我认为它很可能会成功的，在我所设计过的所有机械装置中，它要算最精巧、最简单的一件了。

    仅仅一周之后，他便又宣布说，他已经为这种新装置做了一个非常大的模型，并且“可望成功”。但他由于习惯于小心谨慎，所以提醒博尔顿说：“请您先别为此而得意洋洋，这个装置还没有经过合理的试验，也许还有一些尚未发现的缺点。”

    这个装置，后来被称之为三杆传动装置。活塞杆上的丁字头通过耳轴，连接到两根连杆的中部，这两根连杆以横梁的一端为枢轴而转动，并且从横梁上垂直地挂下来。在它们底下的那一端，这两根连杆用销钉连在一个半径杆上，半径杆的长度与横梁的半径相等。半径杆的另一端，则固定在机房墙壁上的一个固定支点上，这种装置运转良好，并且实际应用于两台发动机上，但是，它却有着一个重大的缺陷，即机房因此不得不大大扩建，以便装下那根长长的半径杆。为了克服这一缺陷，瓦特最初用的办法是改变几何运动的形式。通过移动垂直连扦中点上面的丁字头耳轴的连接点，就可以减少半径杆的长度。但是，这仅仅是一种改良措施而已。在这一演变过程中所走的第三步是具有决定性的，就是在横梁上挂一个平行连杆缩放仪，来取代外半径杆，而内垂直连杆则由半径杆控制着。这个难题就这样最终得到了解决，因为现在整个机械装置都安排在横梁之下，并且没有超过它。人们把这种三杆装置和缩放仪的结合，称之为平行传动装置。在内部附属垂直连杆的一点上，现在有了垂直运动，而缩放仪下部的连杆则把这种运动传送到与丁字头耳轴相连的主垂直连杆的底端。

    瓦特在退休时，对自己在漫长生涯中所取得的杰出的设计和发明成就进行过回顾，他感到最得意的并不是那个最初使他走上成名之道的分离冷凝器，而是这个平行传动装置。他曾对他的儿子说：“虽然我并不太注重名声，但我对平行传动装置的自豪感，却胜过我对我所做出的任何其他机械发明。”

    瓦特之所以会选择这一杰作，是不难理解的，因为只有它，才如此明晰地体现了应用科学与实际工艺的结合，而这种结合又正是他的创造力的秘密所在。如果有一位诗人会对这种传动情景赋诗的话，那么，由这些杆和链节在传动时的精确的几何运动所组成的韵律节奏，实在是充满了诗意的。任何一位名符其实的机械工程师，在观看一台大横梁式引擎上的这种平行传动装置运动时，都会情不自禁地对其发明者能在以前这么久的年代里就能有这种设想而感到敬佩。与瓦特同时代的人称这种装置是“精美的”，尽管“精美的”

    这个形容词被许多人滥用，但用在此却是含义贴切。虽然瓦特的横梁式引擎现在已是博物馆里的展品，但是他的平行传动装置却成了现代赛车上的“瓦特式连杆”，在带动单独凸出的后轮方面的作用，就好像当年它牵动横梁式引擎上的长活塞杆一样可靠。

    当这种新型的复动式引擎用来作为一种非旋转式泵机时，如何最有效的利用引擎活塞上提时的动力，成了一个问题。这两位合伙人，在初期就这个问题的相互通信中，瓦特曾提议加重引擎横梁的一端。活塞在上提时将把这重物托起，这样，当它降落时，就可以对泵机产生辅助作用。他认为，通过这种办法，就能够使一台单动式引擎产生双倍的效力。博尔顿在回信中对这一点提出了更明智的建议，他说复动式引擎也许可以用来带动两台泵机，一台是普通的提升斗式的，另一台是柱塞泵。十分奇怪，瓦特并不赞成这项建议，尽管柱塞泵在康沃尔很时兴，但是博尔顿和瓦特却一直没有采用，直到1800年瓦特退休之后，这种泵机才有人采用。

    在康沃尔最早的两台复动式抽水机引擎，其中一台于1784年至1785年的冬季开始在“托万锡矿”运转，另一台则是翌年在“梅萨锡矿”开始运转，前者在最初时用的是导轨和分段装置，而“梅萨锡矿”的那台引擎则从一开始便配备了平行传动装置，那些杆是木制的。这两台引擎各带动两台提升式泵机，其中附加的那个泵机是通过安装了粗笨的木制曲柄和连杆带动的。它的运转方向同主泵相反。在“隆盛锡矿”的那台45英寸汽缸的较大型的引擎，虽然开始安装的时间较晚，但实际使用却早于“梅萨锡矿”的那一台。博尔顿延长了在康沃尔住留的时间，以便在1785年11月能观看到它启动。他写信告诉在伯明翰的瓦特说：“看来这是个惊人的壮举。”未经试验的大型连接部件如此之多，以至使我望而生畏。“然而，博尔顿的顾虑实际上是多余的。这台引擎运转良好。不久以后，在”处女锡矿“安装的那台新型的复动式引擎，比这一台还要大，它的汽缸为63英寸，冲程为9 英尺，这被称为当时世界上功率最大的引擎。

    在后来的复动式抽水机引擎上，没有再使用曲柄装置来带动辅泵机，而在引擎横梁的一端连结了一个斜泵杆，这种装置的缺点是妨碍了阀门和冷凝器泵杆的正常布局，使得它们不得不通过一个在主横梁上的小型辅助横梁来驱动，而横梁则要穿过机房的墙壁，所以冷凝器和泵机也都要安装在机房的外面。

    也许由于变得更加复杂的原因，所以这种泵用复动式引擎在康沃尔从未像原来的引擎那样广泛使用，而是当把它与旋转式传动结合起来之后，这种新的原理才真正有了名气。人们很可能会问，为什么在费了很大的劲儿把它们变为旋转运动而使其灵活得多以前，纽科门式和瓦特式引擎，作为往复泵机还存在了那么多年。即使是那些比较老式的单动式引擎，只要适当地加上一个大而重的飞轮，就能够改装成旋转式传动引擎。那么，为什么像约翰。斯米顿这样一位大工程师竟会直言不讳地宣称：要使纽科门式引擎改成旋转运动的惟一恰当的方法，就是使它把水抽给磨轮使用呢？詹姆斯。瓦特本来只要加上连接杆、曲柄和飞轮，就能使他已经成功的引擎做旋转式运转，而为什么他却一直拖延到 1779 年仍在弄那已半途而废的蒸汽轮呢？当时他已领会了曲柄原理却把它用于其他目的了。

    这些问题的答案是非常引人入胜的，并且揭开了在整个发明史上其中一个最不可思议的“盲点”。正像在前面里所提到的那样，那种往复式泵机引擎的冲程变化相当大，因而人们坚信，这种冲程的变化会严重影响任何实际使用的效果，例如，要将往复式传动改成旋转式传动，连杆和曲柄都会变得无法使用。对于我们来说，简直难以相信的是，像詹姆斯。瓦特这么一位有才干的工程师，居然也会跟他的前辈和同代人一样，竟对连杆和曲柄完全能够控制汽缸里的活塞运动一事也没能领会，然而事实就是如此，所以这一谬见便将留给一位相当不起眼的小人物去纠正。

    1779年，布里斯托尔的一位工程师马修。沃尔布拉夫，获得了一种使蒸汽机产生旋转运动的棘爪棘轮装置的专利。这种形式的驱动不是强制性的，因此，它就排除了由于冲程长度变化而可能产生的困难。沃尔布拉夫急于想把他的装置用到瓦特式引擎上，请求博尔顿和瓦特允许他在布里斯托尔自己的作坊里建造瓦特式引擎。这一谈判毫无结果，可能是因为瓦特对沃尔布拉夫的装置评价不高，并且认为他自己能搞出一种更好的装置来。因此，最早安装棘爪棘轮装置的两台引擎是纽科门式的。第一台建造在沃尔布拉夫自己的作坊里。第二台是在伯明翰斯诺山的一家作坊里，其主人是一个名叫詹姆斯。皮卡德的钮扣制造商。这两台引擎都在1779年开始运转，而斯诺山那台引擎创造效益使得博尔顿幡然猛醒，他立即提笔写了一封信派人送交在康沃尔的瓦特，督促他要悉心研究旋转传动问题，因为“很多对这一问题不了解情况的人，会误认为沃尔布拉夫的改进，会使您的引擎被淘汰”。

    然而，沃尔布拉夫的棘爪棘轮装置，实际上远非像人们所想象的那么令人满意。于是他在1780年便采取具有决定性的步骤，即在斯诺山的那台引擎上，换上了单链杆和曲柄，为了使曲柄能够转过中心，他在曲轴上安装了一个大齿轮，这个大齿轮与压动一个相当于它的一半大小的齿轮，这个齿轮在第二轴上转动，并起着平衡锤的作用。毫无疑问，把这种传动装置用于运转速度很低的单动式引擎上，其运转情况仍然是很不规则的。但是，它却最起码地使那个所谓活塞冲程的不规则性可能会妨碍任何形式的强制推动力的谬论被永远地推翻了。

    当瓦特听到这一发展的消息时，他似乎并没有深感不安，理由是他并不认为把曲柄应用到蒸汽机上就可以取得专利权。博尔顿当时正在康沃尔，瓦特把这一消息向他汇报如下：“马修。沃尔布拉夫在斯诺山的引擎上安装了一个单曲柄，其效果很好，比那种扇形齿轮要好……我认为您在回来的时候，应该去拜访一下马修，让他知道，我们是抵制他独占这些曲柄专利权的企图的。”

    沃尔布拉夫显然是在布里斯托尔，而且根据后来发生的事情，人们一定会推论：当瓦特写这份汇报的时候，他并没有亲眼看到斯诺山的那台引擎。

    而只是把他听说的情况转告博尔顿。博尔顿在回信时写道：“我认为那种双缸曲柄引擎是最上乘的，如果装上一台的话，它将会使这些冒充内行的人一败涂地。因此，这是一件非常值得去做的事。”接着，他又要瓦特指示他们在伦敦的律师，注意沃尔布拉夫或皮卡德可能对曲柄发明专利权所提出的任何申请，从而在必要时，他们就能够加以抵制。

    这一指示来得太晚了，博尔顿是在1780年11月26日写这封信的，可是以詹姆斯。皮卡德的名义申请的这项专利权，却在8 月23日便获得了，而且在12月9 日注了册。这项申请专利的说明书写得很简单，并附有一张图解，画出了轴、两个齿轮和平衡锤，瓦特非常懊恼，接着发生了一场激烈论战。

    2.财富与堕落的缘由

    瓦特开始挺身而起，为维护自己的权益而行了。他写道：“我知道这项发明应归于我，而现在却有人以最不光彩的手段把它从我这里窃走了，更令人感到气愤的是，还竟然鬼鬼祟祟地弄到了这项专利。”这项专利除了出其不意地利用了这两位合伙人的疏忽外，并没有任何见不得人的勾当，它是通过正常途径获得的。皮卡德没有任何义务将其意图到处宣扬。至于有关窃取的指控，瓦特在一周之后又做了阐述。他声明：他完全确信沃斯布拉夫和皮卡德在这个装置上没有任何发明创造，并且他还说：“他们是从内德。拉斯顿那里得到了关于曲柄的提示，而拉斯顿则是从一台车床受到启发的。至于平衡锤，则是通过卡特赖特从我这里搞去的。”

    尽管在这一事件中，博尔顿和瓦特并没有争夺皮卡德的专利，但他们却显然这样仔细考虑过。可能是因辩护人的建议，他们曾准备过一份诉状，其中归纳了瓦特指控的基本要点，声称在1779年的夏季期间，在索荷曾制造了一台试验模型，那上面的曲柄、齿轮和平衡锤，跟皮卡德的专利说明书中所示的完全相同。他们的雇员理查德。卡特赖特曾经常看到并操作过这台模型，他把这台模型的原理告诉了皮卡德在斯诺山的引擎工匠缪尔。埃文斯。作为这份诉状佐证的是由卡特赖特签字的一份供认书，它记述了当他和埃文斯在汉兹沃思的“车马店”里一起喝酒时，埃文斯向他叙述了他在棘爪棘轮装置方面遇到的困难经过，这份供认书还写道：

    我说，我想我能造出一种不带那些松动的齿轮而使引擎运转的机器，他说那怎么行。

    我说是用我在博尔顿和瓦特先生那里看到的一种传动装置，接着我把这种装置运转的情况讲了一下。他问我是如何构造的。我说用的是一个带轮的曲柄，那个轮子推动一个有它两倍大的滚轮转动，上面还有一个平衡锤来抵消曲柄的重量。他说我的老板们所花的钱已经太多了，因此，我敢说他们自己是再也承担不起更多的开支了……

    这场风波正是瓦特固执的一个例证，他极不愿意采纳别人已经用过的方法，即便是他完全可以不受约束地去这样做。他那自高自大的态度支配着他必须在该领域之内永远是首屈一指。如果在解决某一问题时，别人领先于他，那么他宁可竭尽全力去另辟途径，也不愿意屈居第二。甚至在那些他自己并不打算马上就应用的发明上，他也总是这样做。默多克的蒸汽动力车以及默多克因此而获得的专利，正是典型的例子。而且卡特赖特的确把其原理轻率地通报给埃文斯也是无可怀疑的。但是，正像这份供认书所表明的并且还得到瓦特用自己的话所确认的那样，从他那里窃走的并不是曲柄的原理，而是二比一大小的齿轮和平衡锤的设计。本来这种设计瓦特是完全能够弃之不用的。他在这件事情的刺激下而制造出来的新型复动式引擎，在很大程度上解决了这个问题，无论如何这种简单的飞轮只不过是一种笨拙的代用品而已。

    如果瓦特那时对它十分重视，那么他为什么自己不早去领取发明专利呢？这显然是被看作本案一个站不住脚的论点，因为在为辩护人准备的那份申明中也回答了这个问题，若以瓦特在康沃尔全力以赴建造引擎为由，那是缺乏说服力的。而有较大可能的是，瓦特认为该设计并不值得申请专利，因此在这场风波掀起之前，他就已经束之高阁了。在斯诺山的那台引擎，也很快放弃了那种齿轮和平衡锤装置，而采用了飞轮装置，事实上，有些作家认为：这种齿轮和平衡锤装置，从来就没有实际使用过。

    在这件情节曲折的事件中，需要强调的一点是，皮卡德所取得的发明专利，是齿轮与平衡锤结合在一起的曲柄，如果仅仅指的是曲柄应用的话，那么瓦特当初认为它不值得申请专利的想法，几乎肯定是正确的。假如他坚持这种认识，他本来就会制造出一个装有曲柄的发动机来进行试验，但当时他却固执地拒绝了这种做法，因为他坚持认为皮卡德的发明专利把这条路给堵死了。皮卡德和沃斯布拉夫再次请求允许他们建造瓦特式发动机，并且他们提出，不仅愿意支付这方面的款项，而且还宣布博尔顿和瓦特可以不受约束地在他们的机器上，使用曲柄装置以作酬谢，不过瓦特拒绝了这种谋求和解的橄榄枝。他提出皮卡德给他的发明专利的份额决不能少于一半，否则他就不会同意。这一提议十分自然地会遭到皮卡德的拒绝，因为接受它就等于承认这项设计是窃取的。

    由于瓦特已下定了决心，所以他毫不动摇。因此，这种曲柄装置在它的专利期满之前，始终没有在瓦特式发动机上使用过。与此同时，为了找出不涉及这项可恶的专利的方法，瓦特立即开始了研究，而且在1781年10月，他所取得的关于产生旋转传动的各种方法的专利决不少于五种，其中三种是无需描述的，因为这三种并未摆脱曲柄原理，正是基于这种原因，所以它们从未被使用过。第四种是一种斜盘旋转装置，如今在科学博物馆里还陈列着一台这种装置的模型。听说它曾安装在索荷的一台发动机上进行过试验，但其他的情况则不得而知。可能也正是出于同样的原因吧，最后是空行式齿轮，它直到皮卡德的发明专利于1791年失败后，才成为所有的瓦特式旋转发动机上的标准部件。在这种装置上，固定在连杆上的行齿轮，围绕着安装在主动轴上的一个中心齿轮转动，主动轴则推动中心齿轮旋转，这种齿轮最早曾是安装在索荷的一台 15 英寸单动式小型发动机上进行试验，用来带动一个落锤。当瓦特克服了在开始时碰到的一些困难后，便为用户设计了第一批旋转式发动机。其中有1783年3 月为威尔金森的布拉德利铸铁厂制造的一台较大的落锤发动机，有1784年6 月为康沃尔的“处女锡矿”制作的一台小型卷扬机引擎，以及为伦敦的古德温和惠特布雷德这两家啤酒酿造厂制造的发动机，再就是为希罗罗普郡的霍斯海伊铸铁厂制造的一台落锤发动机，这后三台发动机都是在1784年至1785年冬季开始制造的。

    因为最初制造这些发动机时，都是单动式的，并在横梁的连杆头上放着重物，用来辅助在活塞向上空行时飞轮的运动，所以博尔顿曾建议使用一根重的连杆，这样会有助于使发动机运转得更平稳，也有助于消除空行齿轮发出的噪音，但瓦特不肯采纳这个设想，因此直到1800年使用的还是木制连杆。

    1783年春天，就在布拉德利铸铁厂的那台发动机开始运转后不久，瓦特便在索荷安装了第一台旋转复动式发动机，这就是前面已经提到的那台在活塞杆和横梁之间有齿轮齿条装置的发动机。从这里也可以看出，瓦特对任何一项新的发明，总要先在索荷的厂内进行全面的试验，并且根据试验进行必要的改进之后，才给其公司的主顾们试用。虽然瓦特在很多方面都过于谨慎和保守，但他的这种策略还是值得称赞的。这家企业所取得的可靠信誉，在很大的程度上要归功于此。他为主顾建造的第一台旋转复动式引擎，便清楚地说明了这一点。1784年6 月，当瓦特为赫尔的科茨和贾勒特先生设计这台引擎时，图纸上标出的是齿轮齿条装置，但在实际建造过程中，却改成了三杆传动装置。这台引擎先在索荷安装检验好了之后，才把它拆开发往赫尔。

    这种前所未有的做法，表现出瓦特对于自己最新研究成果是何等的重视，正因为这样，才会出现像博尔顿所预见的那种局面，对这种新型引擎的定货单从全国各地纷至沓来。那个担风险的康沃尔市场，再也不是引擎生意的主要依靠了，并且从此以后引擎在资金方面也有了保障。在头几台引擎制造出来后，瓦特的平行传动装置得到了运用，此后除了某些零件外，没有对旋转复式引擎的设计做过更改，直到后来才用曲柄取代了行星式齿轮。

    旋转式发动机也带来了某些新问题，它启动起来既可前行，也可后退，两个方面活动一样。这种特性可供应用的机会不多，例如，在驱动一台轧机，就能够有效地加以利用，而在大多数情况下，开动时如果转动方向错了，那就会十分麻烦，甚至还会损坏工厂的机械设备。因此，为了防止这种弊病，瓦特在曲柄上安装了一个棘爪和棘轮，只要不把棘爪提起来脱离啮合，发动机就不会倒转。另外，与负荷大体上不变的、较陈旧的往复式发动机不同，驱动轧机的旋转式发动机的负荷则经常有着很大的变化，因此，就必须在连接发动机和锅炉的蒸汽管上，安装一个调节阀。最初的旋转式发动机的是一种手控阀门，但这种控制法要求引擎操作工要目不转睛地守着它。因此瓦特在 1788 年把它改成了离心式调节阀，以代替手工操作。离心式调节阀的原理，并不是什么创新，碾磨轮机工们早就用它来调节磨粉机在不同速度下磨石之间的距离，但是用它来控制蒸汽机，却还是第一次。

    如果瓦特设计一台往复式抽水机引擎，他只需要知道每小时抽水量和抽水的高度就行了。通过简单的计算，他就能精确地确定所需汽缸的尺寸，取每平方英寸承受10磅压力的汽缸直径作为他引擎的最佳标准负载。当时，如有一家磨坊老板要订购一台旋转式发动机，来替换他的水轮机或马拉机时，瓦特要想计算出所需发动机的规格，那就决不是一件容易的事了。因为他得不到准确的资料，而斯米顿的负载值也不再适用了。可在当时负载值则是测量和比较发动机性能的惟一公认标准。磨坊老板所能提供给瓦特的是水轮的直径，以及水轮的用水量和水源情况。或者是他提供马拉机使用的马匹数，显然这就需要新的功率计量单位了。

    在瓦特那本从1782年至1783年的杂记和计算簿上，保持着他的一种最早的关于做一项特定工作所需的碾磨机引擎大小的计算，内容如下：

    曼彻斯特的沃辛顿先生需要一台碾磨机，用于锉磨苏木，还要带动一台砑光机。据计算，总共需要的功率大约为12匹马力，他的机匠里格利先生说：带动碾磨机的马沿着直径为24英尺的圆圈走，每分钟能转两圈半，两圈半等于每分钟60码，每匹马的力量约为180 磅，那么，60码乘3 等于180 英尺，再乘180 磅，就等于3.24万英尺，用活塞运动的距离120 英尺来除，等于270 磅，再乘以12（匹马），等于3240磅的汽缸压力，汽缸按每英寸5 磅计算，等于29英寸的汽缸，6英尺的冲程，每分钟为20次。

    要指出的是，瓦特在这一计算中，把5 磅这个数字作为发动机汽缸直径每平方英寸的最佳负荷，而不用早先在抽水机引擎上所假设的10磅数字。作为一位处事谨慎的人，当他走上一条心中无数的新路时，他限定任何差错都不应该过分，因此，该发动机的功率宁大于它所需的工作量，也不要小于它。

    在后来的一些计算中，他采取了同样谨慎的策略，只是表达得不同而已。他不减少活塞的负荷，而把所假设的一匹马力的功率增大到约3.3 万英尺一磅。直到现在仍然把这个数字作为各类旋转式发动机的功率测定的标准单位。

    这家使瓦特的旋转式发动机引起公众瞩目的企业，就是在其同行业中独占鳌头的著名的阿尔比恩碾磨厂。它坐落在泰晤士河靠萨里的一侧，附近就是布莱克弗里阿斯大桥。虽然它并不是第一家使用这种蒸汽机的厂家，但在那时它却是世界上规模最大、设备最好的蒸汽机碾磨厂。它从1782年或者说是1783年开创时候起，博尔顿和瓦特就都在资金和实际业务方面与其发生了关系。瓦特为该厂设计了两台在当时是最大旋转复动式发动机，其汽缸直径为34英寸，冲程为8 英尺。原来计划建造三台这样的发动机，但实际上只安装了两台。每台带动10部碾磨机工作。此外还有精选机、筛子和吊车等机械。

    博尔顿和瓦特雇聘约翰。伦尼来安装发动机，并由他落实这家碾磨厂的工作。

    伦尼于1784年8 月放弃了他在苏格兰的生意而来到伦敦。这家碾磨厂在设计方面也像这些发动机一样先进。首次全部使用了铸铁的轴和齿轮等。安置这些第一流的机器设备的厂房，是聘用了塞缪尔。怀亚特担任设计的。他的兄弟詹姆斯比他更有名气。

    第一台发动机于1786年2 月开始运转，第二台则在三年后。这家厂在开始投产时，就被机械上的问题缠住了，但当这些问题得到解决以后，这两台大型发动机便开始正常运行了。碾磨厂的产量按当时的标准简直是个奇迹。

    博尔顿在1790年6 月向瓦特通报说：在一周之内便磨出了价值6800英镑的面粉。于是，阿尔比恩碾磨厂就成了贵族和绅士们观光的胜地，前来参观的人数是如此之多，以至使得瓦特对博尔顿牢骚满腹。他抱怨说，络绎不绝的参观人群妨碍工作进行，应该拒绝接待。而在那些经济比较拮据的人当中，这家大碾磨厂则成了他们的眼中钉。他们把该厂的那些精良的机械设备，视为对他们生计的一个威胁，并认为它企图垄断主食供应的来源，然后又使面粉价格上涨。与之竞争的磨坊主们大肆煽动指控他垄断并操纵物价，直到阿尔比恩碾磨厂联营公司被迫出面为自己辩护才算罢休。该公司在它发行的一本小册子里强调面粉价格上涨是由于小麦成本提高，而该公司的厂家还把磨粉成本，从平均每袋5 先令0.75便士降到了3 先令4 便士。尽管如此，当这家碾磨厂于1791年3 月2 日被一场大火烧为灰烬时，广大群众还是幸灾乐祸。有人怀疑这是有人纵火引起的，但约翰。伦尼确信事实并非如此，并且坚信这场火灾最先是由于一台大型谷物精选机上的一个轴承，因缺乏润滑油摩擦过热所致。

    阿尔比恩碾磨厂就这样轰动一时，但它那短暂的事业，却丝毫无损于它的重要性。它是所有那些“黑暗的恶魔磨坊”的最早形式，没有多久，这些碾磨厂的高大烟囱便在彭奈恩山谷高耸入云，黑烟滚滚，遮天蔽日。而瓦特的旋转式发动机对于社会历史的影响，也是十分巨大的。工业生产有史以来第一次彻底摆脱了对水力和马力的依赖。鉴于新兴的实业家们对厂址的选择有了更大的自由，他们再也不受水车使用水流的约束了。不仅如此，瓦特的发动机所提供的源源不断的巨大动力，也使得前所未有的机械化生产方式的规模成为可能。这场来势迅猛的动力革命所带来的最消极方面，则是它使那些能工巧匠们丧失了精湛的手艺，并迫使他们受支配于新型机器那种不通人性的快速节奏。与许许多多其他伟大工程师和发明家们一样，瓦特没有能够预见到自己的工作在历史上所产生的重大影响，也没有试图去做这种预见。

    从此之后，随工业革命而来具有悲剧性的咄咄怪事便产生了，那就是在财富得到积累的同时，人却变得腐化堕落了。

    3.在伯明翰的日子里