Но, для того чтобы не потерять прибыль, Уатту и Болтону приходилось содержать штат высококвалифицированных инженеров, следивших за исправностью и правильной эксплуатацией. Кроме того, нужно было позаботиться о сроке действия патента, так как он был выдан на 14 лет, из которых уже прошло 6, и Уатт занялся хлопотами о его продлении. После долгих хлопот 22 мая 1775 г. его патент был продлен еще на 25 лет.
Уатт вообще был хорошо знаком с особенностями патентного права. Об этом прежде всего свидетельствует формулировка его первого патента № 013 от 5 января 1769 г, приведенная в книге члена-корреспондента АН СССР А. А. Радцига, по праву считающегося создателем отечественной школы паротурбостроения Патентная формула, как мы сказали бы сейчас, состоит из шести пунктов:
Цилиндр или сосуд с паром сохраняется во все время работы столь же нагретым, как и входящий в него пар, и именно вследствие того, что цилиндр, во-первых, окружают оболочкой из дерева или из другого материала, плохо проводящего теплоту, во-вторых, вследствие того, что его окружают паром или другими нагретыми телами, и, в-третих, вследствие того, что ни вода, ни другое какое-либо тело, более холодное, чем пар, не приходит в соприкосновение с цилиндром во время его работы.
В машинах, которые должны полностью или частью работать посредством конденсации пара, обращение пара в воду должно происходить в сосудах, отделенных от цилиндра, но могущих приходить с ним иногда в соприкосновение Эти сосуды я называю конденсаторами, и их нужно во время работы машины посредством воды или другого холодного тела сохранять холодными с температурой не ниже температуры окружающего воздуха.
Воздух и другие газообразные упругие тела, не сгущенные вследствие низкой температуры конденсатора и мешающие работе машины, должны удаляться из конденсатора посредством насосов, приводимых в действие самой машиной или другим каким-либо образом.
Во многих случаях я расчитываю применить упругую силу (давления) пара на поршень или другие части, заменяющие его, таким же образом, как применяется атмосферное давление в теперешних обыкновенных огненных машинах. В тех случаях когда не хватает холодной воды, машины могут работать исключительно силой пара, причем последний по совершении работы выпускается прямо в атмосферу».
В пятом пункте формулы говорится о ротационных паровых машинах, в которых поршень вращается Такая конструкция имеет ряд преимуществ, в частности отпадает надобность в преобразователе поступательного движения поршня во вращательное.
В шестом пункте идет речь о неполной конденсации (ухудшенном вакууме), об уплотнениях и о других частях машины.
Конечно, приведенная выше формула изобретения не соответствует современным требованиям к ее изложению, но она прекрасно выполняет свои функции: дает полное представление о сути изобретения и надежно защищает права изобретателя.
Защите своих изобретательских прав Уатт уделяет много внимания В 1781 г. он берет патент на связь поршня с валом при помощи шестеренчатой передачи, явившейся прообразом планетарного редуктора. Появление этого патента, так же, как и более позднего патента на широко известный «параллелограмм Уатта», связано с тем, что патент на применение шатунио-кривошипного механизма в паровых машинах уже был выдан ранее в 1779 г. изобретателям Вайсброу и Пикару.
Выдачу патента на применение известного в то время механизма Уатт считал совершенно неправомерной. Он писал: «Истинный изобретатель кривошипного механизма был человек, создавший обыкновенный токарный станок. Применить его в паровой технике было так же легко, как воспользоваться ножом, предназначенным для резки хлеба, для разрезания сыра».
В 1782 г. он патентует расширение пара в цилиндре. К 1784 г. относятся последние крупные изобретения Уатта, описанные в знаменитом патенте № 1432: подача пара с обеих сторон поршня - двойное действие пара; двухцилиндровая машина; центробежный регулятор и параллелограммный механизм для передачи движения оси поршня к балансиру.
К этому времени было окончательно отлажено производство на заводе Болтона, разработаны инструкции по сборке, монтажу и эксплуатации паровых машин.
Дальнейшая деятельность великого изобретателя свелась к незначительным усовершенствованиям конструкции и технологии машин, решению текущих вопросов, связанных с финансами и конкуренцией. В 1785 г. Уатт склоняется к тому, чтобы «прекратить опыты новых изобретений».
Он пишет Болтону: «... в особенности не следует ничего пробовать, что сопряжено с какой-либо опасностью неудачи или может причинить нам затруднения при испытании. Будем в дальнейшем изготавливать те вещи, которые мы умеем делать, и предоставим остальное молодым людям, которым не грозит потеря ни денег, ни имени».
Надо сказать, однако, что патенты Уатта сдерживали деятельность этих «молодых людей». Здесь уместно вспомнить историю с Джонатаном Горнблоуэром, который в 1781 г. получил патент на машину высокого давления с двойным расширением. Однако, после того как Горнблоуэр начал в 1793 г. постройку своей машины, Уатт и Болтон возбудили против него процесс о нарушении прав, вытекающих из патента № 1432.
Этот процесс закончился в 1799 г. в пользу истцов, несмотря на то что патент № 1432 был выдан на три года позже, чем патент Горнблоуэра. Чтобы не нарушать права Уатта, Горнблоуэр не мог после решения суда применять конденсатор и использовать пар высокого давления. Его машины не могли в связи с этим конкурировать с машинами Уатта.
Уатт и Болтон вообще очень внимательно следили за тем, чтобы конкуренты не нарушали их патентных прав. Так происходило и в тех случаях, когда они сами не собирались использовать запатентованные технические решения, например, машину высокого давления, описанную в первом патенте 1769 г., но не воплощенную Уаттом.
Его машины, как известно, работали при низком давлении (1,2-1,5 ат), но первый патент Уатта, по существу, блокировал развитие машин высокого давления на весь период действия патента.
Любопытно, что Уатт и Болтон пытались провести через парламент закон о запрещении использования пара высокого давления, мотивируя это соображениями общественной безопасности. Скептически относился Уатт к идее локомотива, хотя она и была запатентована им в 1784 г.
Около 1800 г. Уатт удаляется от дел. Вскоре истекает Срок действия его первого патента, и паровые машины начинают выпускать многие заводы. Их совершенствование ускоряется.
Изобретатель парового молота Нэс-мит писал: "Люди, обладающие достаточными средствами и предприимчивостью, стали применять систему повышенного давления пара во всей ее полноте и ввели в употребление соответственно построенные паровые котлы, развивающие давление в 30, 40, 60 и 70 фунтов на 1 кв. дюйм - давление, которое заставило бы инженеров старой школы упасть в обморок от страху".
Но так как экономический результат этого повышенного давления пара с очевидностью обернулся в совершенно недвусмысленной форме фунтов, шиллингов, пенсов, паровые котлы высокого давления при конденсационных машинах получили почти всеобщее распространение».
Среди таких людей прежде всего следует упомянуть инженеров Тревитика и Вульфа, которые в свое время, будучи на службе у Уатта и Болтона, следили за надлежащей эксплуатацией водоподъемных машин. В частности, когда окончился срок действия контрактов в Корнуэлле, по которым изобретатель получил часть сэкономленного в процессе эксплуатации угля, инженерный контроль был прекращен и паровое хозяйство рудников быстро пришло в упадок.
Восстановление и модернизацию этого хозяйства поручили Тревитику и Вульфу. Систематически усовершенствуя паровые машины главным образом путем увеличения давления пара и степени расширения в цилиндрах, они в 1874 г. довели производительность лучших корнуэлльских машин (считавшихся в то время наиболее экономичными) до 141 000 кгм на 1 кг угля, что соответствует эффективному кпд 4,1%.
Паровая машина - предок всех современных двигателей. В течение многих лет, несмотря на большой вес и невысокий кпд, она являлась единственным устройством для преобразования теплоты в работу.
Создание паровых машин привело к возникновению новой производственной базы, а опыт и знания, накопленные в процессе их разработки и эксплуатации, позволили впоследствии получить более совершенные двигатели. Именно в процессе разработки паровых машин были познаны и изучены основные законы преобразования тепла в работу и многие другие законы природы.
Однако с развитием капитализма все более возрастала потребность в других приводных двигателях. Паровой двигатель удовлетворял предприятия с непрерывным производственным процессом (текстильная, горная промышленность и др.).
На тех же предприятиях, где паровая машина использовалась нерегулярно, она была просто нерентабельна, а поэтому необходим был двигатель принципиально нового типа: без котла, с малым временем запуска и со сравнительно невысокой мощностью единичной силовой установки. Рабочим телом такого двигателя не мог быть пар. Начались попытки создания двигателей, работающих на иных рабочих телах.