Летом 1773 года машину Уатта перевезли в Сохо. Весною следующего года, покончив со своими инженерными работами, приехал в Сохо и Уатт, заключив договор с Болтоном. Выполненные на Карронском заводе, части машины Уатт сделал заново. Паровой цилиндр, доставлявший столько неприятностей, был заменен новым, сделанным на заводе Вилкинсона в Честере, где только что был поставлен механический станок для расточки пушек. Вилкинсону удалось изготовить цилиндр, приведший изобретателя в восторг. Заново собранную машину подвергли самым тщательным испытаниям. Они дали отличные результаты. Ободренный успехом, Уатт писал отцу:
«Дело, для которого я приехал сюда, идет довольно хорошо. Огневая машина, изобретенная мной, пущена в ход и дает гораздо лучшие результаты, чем все такие машины, до сих пор строившиеся. Я надеюсь, что от этой машины получу еще много добра!»
Вилкинсон заказал Уатту машину для поршневой воздуходувки. Уатт засел за чертежи, не сомневаясь в возможности применить свое изобретение для новой цели. Последовало еще несколько заказов от владельцев шахт. В это же время для завода в Сохо Уатт построил машину, получившую кличку «Вельзевул» — вероятно, за шум и скрежет, которые она производила. Эту машину вскоре уничтожил пожар, но поставленная вместо нее другая такая же машина, по прозванию «Старая Бесс», доныне хранится в Кенсингтонском музее в Лондоне.
Казалось, что теперь Болтон и Уатт могли приступить к массовому производству машин. Однако, не в пример Робаку, новый компаньон Уатта был очень осторожен, предвидя огромные производственные расходы и возможные неудачи. Он предложил Уатту сначала продлить патент, срок которого близился к концу.
Заявление о продлении срока Уатт подал в парламент в 1775 году. Комиссия, назначенная для рассмотрения вопроса, вызвала, между прочим, и Робака. Он заявил:
— Паровая машина Уатта по сравнению с обыкновенным огневым насосом Ньюкомена производит по крайней мере вдвое большую работу при том же расходе топлива.
Робак указывал далее, что продление срока патента необходимо: изобретатель и его компаньоны не оправдали и десятой доли расходов, понесенных ими, а дальнейшие опыты потребуют еще втрое больше средств.
«Это дело стоило мне многих тревог и больших расходов, — писал своему отцу Уатт по поводу отсрочки патента, — и без помощи влиятельных и многочисленных друзей мне никогда бы не удалось его выиграть».
Уатт не ошибался. Во главе его противников стоял политический деятель того времени Берк. Он считал вредной монополию Уатта на машину, в которой так нуждалась промышленность. Защищая интересы государства, Берк на деле отстаивал только интересы промышленных капиталистов, стоявших за его спиной. Они же боролись не только с Уаттом, но и друг с другом.
Новое изобретение не нравилось предпринимателям, которые уже вложили средства в машины Ньюкомена. У них не было охоты менять уже работающие машины Ньюкомена на новые. А к этому их принудила бы конкуренция других предприятий, пользующихся более экономичными машинами Уатта. Еще больше негодовали на Уатта промышленники, строившие машины Ньюкомена и продававшие их. Распространение новых машин Уатта грозило им полным крахом. Таким образом, оказалось достаточно людей, готовых поддержать всякое начинание, направленное против Уатта и его изобретения.
Однако самыми ожесточенными противниками продления патента Уатта были предприниматели, которые, зная преимущества новых машин, намеревались ими пользоваться или собирались их строить. Они желали смотреть на пар, как на воздух и свет, как на силу, ничьей собственностью не являющуюся. Они возмущались необходимостью что-то платить изобретателю. Заводчики хотели бы и устанавливать и строить машины, не считаясь с правами изобретателя. При этом говорилось, что, так же как никем не запатентованное водяное колесо, паровую машину Уатта нужно предоставить в безвозмездное пользование всем предпринимателям во имя развития национальной промышленности. Патент Уатта, по их утверждениям, грозил гибелью промышленной Англии, судьба которой была неразрывно связана с судьбой горного дела.
Несмотря на то что при решении вопроса в парламенте Берк горячо выступал в защиту «свободы против монополий», вопрос был решен в пользу изобретателя. Срок действия патента был продлен еще на двадцать пять лет.
Парламентские прения вокруг этого вопроса подняли интерес к машине. Нужда в новой водоотливной машине была исключительно велика в это время.
Некоторые рудники даже прекратили работы в ожидании, пока компаньоны начнут выпуск своих машин. Завод Болтона еще до решения парламента уже был завален заказами.
С продлением патента ничто не мешало компаньонам начать выполнение заказов. Прежде всего Уатт сдал машину заводу Вилкинсона, затем выполнил заказ для Бирмингамского канала. Замечательно, что эта вторая машина бесперебойно работала до 1898 года — более ста лет. В 1919 году, во время чествования памяти Уатта по случаю столетия со дня его смерти, ее привели в порядок и снова пустили в ход.
Затем завод Болтона и Уатта сдал машины медным рудникам в Корнуэльсе. В течение пяти лет завод установил здесь около сорока машин. Несмотря на это, финансовые дела компаньонов не слишком улучшились. Производство требовало все нового, усовершенствованного оборудования.
В то время как Болтон вел коммерческую часть предприятия, искусно выпутываясь из затруднений, Уатт занимался установкой машин на местах. Здесь же он вел с покупателями сложные расчеты.
На заводе в Сохо не было достаточного количества опытных рабочих. Уатту приходилось заниматься и чертежами, и испытанием машин, и установкой их. Только с поступлением на завод талантливого инженера Вильямса Мердока Уатту удалось избавиться от поездок в Корнуэльс.
Освободившись от деловых сношений с заказчиками, Уатт занялся дальнейшим усовершенствованием своей машины. В течение десяти лет у него не было иных забот, иных мыслей. За эти годы постепенно ему и удалось, идя навстречу нуждам и запросам промышленности, превратить водоотливную паровую машину в универсальный двигатель.
В своих первых машинах Уатт применял, конечно, пар низкого давления. В его паровых котлах оно было чуть-чуть выше атмосферного. Но даже при таком незначительном давлении пар при выходе из котла имеет способность расширяться, стремясь занять как можно большее пространство. Если впустить некоторое количество такого пара в цилиндр через паропровод с краном и, закрыв быстро кран, «отсечь» дальнейший приток его, то пар, поступивший в цилиндр, будет, подобно пружине, толкать поршень. По мере того как поршень будет отодвигаться, давление расширяющегося пара, естественно, будет падать.
Если не закрывать крана в паропроводе, то есть не производить отсечки пара, то в цилиндр все время, пока отходит поршень, будет поступать свежий, «острый» пар из котла. В этом случае в цилиндре сохранится полное, как и в котле, давление. Движение поршня при этом будет более мощным, но потребуется значительно больше пара, чем раньше, когда движение поршня происходило за счет расширения. А заказчики требовали от водоотливных машин именно экономичности.
Уатт нашел, что наиболее экономичной и выгодной работа машины станет, если пар «отсечь» в тот момент, когда поршень сделает четверть своего хода в цилиндре. Остальной ход в таком случае будет совершаться за счет расширения пара, а не за счет поступления свежего пара из котла.
В 1776 году Уатт построил такую машину нового типа. Впуск пара в цилиндр автоматически отсекался в нужный момент, и дальнейшая работа шла за счет расширения пара. Расширение оказывалось настолько значительным, что к моменту выхода в конденсатор пар имел давление даже меньше атмосферного, почти равное давлению в конденсаторе.
Новая экономическая установка, однако, не встретила сочувствия у машинистов. Они видели, что без отсечки машина мощнее, и предпочитали работать без расширения, так как нисколько не интересовались расходом топлива. Но паровой котел Уатт рассчитал на работу с расширением, и, когда машина работала без отсечки, пара не хватало. На этой почве постоянно возникали недоразумения с покупателями, и машины, работающие расширением пара, не скоро вошли во всеобщее употребление.
С некоторого времени к Уатту от различных заказчиков стали поступать просьбы сделать паровую машину, которая могла бы приводить в действие мельницы, ткацкие и прядильные станки, круглые пилы. Для всех этих рабочих машин нужно было не прямолинейно-возвратное движение двигателя, как для насоса, а вращательное. И вот над этой задачей преобразования качательного движения коромысла в непрерывное вращательное движение вала или колеса стал задумываться Уатт.
В своем дневнике изобретатель 5 сентября 1779 года отметил:
