蒸汽机
作者：未知 来源：未知 2017-03-16 06:38
作者：未知 来源：未知 2017-03-16 06:38
人类对蒸汽的认识和利用，经历了一个漫长的过程。早在公元前2世纪，古希腊人就制造过一种利用蒸汽喷射产生反作用的发动机。1698年，法国物理学家巴本发明了汽缸——活塞装置。这个装置源于高压锅上压力阀所受的重力（自身重量）是由锅内蒸汽的压力（作用在阀上）来平衡的现象。但巴本毕竟是物理学家而不是一位工程师或熟练工人，未能把这个聪明的设想完善到可以实际应用。
英国工程师托马斯.塞维利修改了巴本的设想，在1698年发明了第一台实际应用于矿井抽水的蒸汽机，第一次真正把蒸汽变成工业动力。但是这种机器有许多缺陷，热损失极大，效率很低。由于靠大气压力汲水，使其工作受到限制；而且也很不安全。
1705年英国锻工托马斯.纽可曼在另一位工人考利的帮助下，发明了一种实用的大气活塞式蒸汽机。他将从矿井里抽水的工作机和为它提供动力的蒸汽装置完全分开，并靠摇秆的不平衡在重力作用使蒸汽装置的活塞运动回程。这样极大地减少热量损失，保证了蒸汽机安全运行，降低了运行成本。
1763年，格拉斯哥大学请詹姆斯•瓦特修理一台纽可曼蒸汽机。瓦特通过大量实验以及根据格拉斯哥大学教授布莱克提出的潜热、比热理论进行分析，深入研究了旧式蒸汽机，找出旧式机器效率低的原因：主要缺陷在于每一冲程都要用冷水将汽缸冷却一次，从而消耗大量热量，使绝大部分蒸汽不能有效利用。针对缺陷，瓦特提出减少蒸汽消耗、提高热机效率的两项措施：一，为了使汽缸始终保持蒸汽所必须具有的温度，必须在汽缸外加上绝热外套或用其他方法对汽缸加热；二，使作功后的蒸汽尽可能快地冷却，液化成水并要使这一过程在汽缸外进行。瓦特产生了采用分离冷凝器的最初设想。
1765年，一种全新的蒸汽机在瓦特的手中诞生。瓦特发明的蒸汽机不仅少用大量的煤，而且使人类从此开始拥有自己创造的动力，而不再受制于大自然。后来人们把解决了工业化核心问题的瓦特蒸汽机，作为工业革命的标志。瓦特也被称为“工业革命之父”。
瓦特在同年设计了一种带有分离冷凝器的蒸汽机。据瓦特计算，这种新的蒸汽机的热效率是纽可曼蒸汽机的三倍。
此后三年多的时间里，瓦特克服了材料和工艺等各方面的困难，终于在1769年制出第一台样机。同年，瓦特因这种带有分离冷凝器的蒸汽机而获得他的第一项蒸汽机专利。
自1769年试制出带有分离冷凝器的蒸汽机样机后，瓦特就看出热效率低已不是他的蒸汽机的主要弊病，而活塞只能作往返的直线运动才是根本局限。1781年，瓦特研制出一套被称为“太阳和行星”的齿轮联动装置，终于把活塞的往返的直线运动转变为齿轮的旋转运动。为了使轮轴的旋轴增加惯性，从而使圆周运动更加均匀，瓦特还在轮轴上加装了一个飞轮。由于对传统机构的这一重大革新，瓦特的蒸汽机才真正成为能带动一切工作机的动力机。1781年底，瓦特因带有齿轮和拉杆的机械联动装置获得第二项蒸汽机专利。
为了进一步提高蒸汽机的效率，1782年，瓦特根据这一设想，设计了一种带有双向装置的新汽缸，并获得第三项蒸汽机专利。瓦特把原来的单向汽缸装置改装成双向汽缸，并首次把引入汽缸的蒸汽由低压蒸汽变为高压蒸汽，这是瓦特在改进纽可曼蒸汽机的过程中的第三次飞跃。通过三次技术飞跃，纽可曼蒸汽机进化成瓦特蒸汽机。
这种高效率的蒸汽机很快取代了旧式的蒸汽机，从此，动力机、传动机和工作机组成了机器生产系统，成为工业化的核心。
此后瓦特又发明了自动调节蒸汽机运转速度的离心式调速器（1788年）、压力计（1790年）、计数器、示功器、节流阀以及许多其他仪器，并相继申请了专利。
由于瓦特对纽可曼机所做的改进非常重要，所以人们认为是他发明了第一台有实用价值的蒸汽机。
瓦特逝世于1819年。后人为了纪念他的伟大发明，把发电机和电动机的功率计算单位称为“瓦特”。现代家庭用的电灯、电暖器、电熨斗的功率都称为“瓦”，那是“瓦特”的简称，也是为了纪念他为人类作出的杰出贡献。
晚年的瓦特非常富庶。但是他的主要财富来源不是制造蒸汽机的工厂，而是广泛转让的高效能蒸汽机的发明专利。
James Watt（1736-1819），他不仅发明了蒸汽机，还在1769年获得了蒸汽机的专利，这推动了蒸汽动力成为工业革命的基础。之后，他又改良了蒸汽机，还和研究伙伴Matthew Boulton、William Murdock一起共同实现了其他几项发明。瓦特修改了原有的动力单位“马力”的计算方法，人们为纪念他，将功率的单位命名为瓦特。