Паровая машина Уатта — паровая машина, изобретенная шотландским инженером Джеймсом Уаттом в 1769 году. Паровая машина Уатта считается первым по-настоящему эффективным паровым двигателем, так как в ней была решена проблема нерационального использования энергии за счет использования отдельного конденсатора. Эссе Уатта о паровом двигателе для Encyclopædia Britannica было опубликовано в 1819 году.
Самыми ранними паровыми двигателями были научные новинки Герона Александрийского в I веке н. э., такие как эолипил, но только в XVII веке были предприняты попытки использовать пар в практических целях. В 1698 году английский инженер Томас Сэвери запатентовал насос с клапанами, управляемыми вручную, для подъема воды из шахт за счет всасывания, создаваемого конденсирующимся паром. Примерно в 1712 году другой англичанин, Томас Ньюкомен, разработал более эффективный паровой двигатель с поршнем, отделяющим конденсирующийся пар от воды.
Ремонтируя модель паровой машины Ньюкомена в 1764 году, Уатт был обеспокоен тем, что она тратит пар впустую. В мае 1765 года, мучаясь над проблемой ее усовершенствования, он неожиданно пришел к решению: отдельному конденсатору, своему первому изобретению. Уатт понял, что потеря скрытого тепла (тепла, связанного с изменением фазы вещества — например, твердого или жидкого) — самый серьезный недостаток двигателя Ньюкомена, и поэтому конденсация должна происходить в камере, отдельной от цилиндра, но соединенной с ним.
Вскоре после этого он познакомился с британским врачом, химиком и изобретателем Джоном Робуком, основателем компании Carron Company, промышленного завода по производству железа, который убедил его сделать двигатель. Уатт заключил партнерство с Ройбуком в 1768 году, после того как сделал небольшой пробный двигатель с помощью займов, предоставленных британским химиком и физиком Джозефом Блэком. В конце концов, Ройбак продал свою долю в двигателе Уатта английскому промышленнику и инженеру Мэтью Боултону. В 1769 году Уатт получил знаменитый патент на «Новый изобретенный метод уменьшения расхода пара и топлива в пожарных двигателях».
Двигатель Уатта вращал вал, а не обеспечивал простое движение насоса вверх-вниз. Он еще больше усовершенствовал конструкцию, обеспечив, чтобы пар толкал поршень вниз, а вакуум одновременно втягивал его внутрь. Это привело к тому, что пар контактировал с обоими концами поршня поочередно, в зависимости от направления движения поршня. Эта разработка была названа двигателем двойного действия и обеспечила более эффективную мощность и плавность хода. Уатт также заменил цепь, соединяющую поршень и балку, системой стержней, которые обеспечивали более плавное движение. Он использовал более подходящие детали двигателя, чтобы свести к минимуму потери энергии, и заменил традиционные латунные детали железными, что было более экономичным вариантом. Он добавил насос для удаления сконденсировавшегося воздуха и пара, а также компоненты, которые обеспечивали, чтобы поршень оставался горячим, а конденсатор — холодным.
Паровая машина Уатта заменила множество других способов получения энергии. До того как паровая энергия получила широкое распространение, фабрики работали в основном за счет ветра, воды, лошадей или людей. Однако все эти источники имели свои ограничения. Например, энергия воды и ветра зависела от окружающей среды, которая часто была непредсказуемой. Паровая энергия снимала географические ограничения, поскольку паровая машина не зависела от окружающей среды. Паровая машина стала главной движущей силой промышленной революции.
