​蒸汽机是谁发明的(瓦特发明了蒸汽机的故事介绍)

2024-02-25 12:06:20

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蒸汽机是谁发明的(瓦特发明了蒸汽机的故事介绍)

在蒸汽机技术还处于萌芽阶段,爱德华·萨默塞特,托马斯·萨维利,以及法国哲学家约翰·德萨格利尔是研究蒸汽技术的先驱。他们的研究启发了纽科门和詹姆斯·瓦特等发明了实用的蒸汽动力机器。

托马斯·纽科门(1663年2月28日- 1729年8月5日)是英国达特茅斯的一位铁匠,他组装了第一台现代蒸汽机的原型。1712年他发明的大气式蒸汽机被称作纽科门蒸汽机。

纽科门蒸汽机有一个汽缸和活塞。当蒸汽进入气缸时,活塞向上运动,活塞到达气缸顶部时。一个装置加冷水对气缸降温,充满蒸汽的汽缸冷却后,蒸汽凝结,在气缸内制造出真空,将活塞拉回底部。由此循环运动,通过一个杠杆拉动另外一侧的抽水机。由于活塞每推动一次,气缸里的蒸汽都要先冷凝,拉回活塞后再加热,进行下一次推动,从而使得蒸汽80%的热量都耗费在维持气缸的温度上面,纽科门发明的蒸汽机效率很低。纽科门蒸汽机发明以后五十年里并没有太多进步,它一直在矿井中抽水,但即使在正常工作状态下,它也太弱了,无法应付不断增加的水量。随着矿井挖得更深,它们应付不了矿坑里越来越多的地下水,矿坑对当时的矿工来说简直是死亡陷阱。

谁发明了蒸汽机,蒸汽机的故事

瓦特在1788年建造的蒸汽机

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此图只是示意图,不是瓦特当年发明的压力表

为了防止气压过高时,蒸汽机转速过高,瓦特还发明了离心式调速器。这是一个非常精巧的装置,通过旋转重锤的开度来控制蒸汽的大小(见上图),转速过快重球因离心力上升,通过一个拉杆连接蒸汽阀门,减少蒸汽进入,使蒸汽机减速;而转速过慢时重球因自身重力下降,蒸汽阀门开度变大,蒸汽机加速,由此将蒸汽机的速度控制在一定范围内。这是世界上最早的自控装置。

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离心式调速器原理图

博尔顿和瓦特的钢铁厂以蒸汽机为动力,成为世界上第一家机器制造厂。到1800年,英国的棉纺厂、羊毛和面粉厂,都使用了博尔顿和瓦特发动机。此时,博尔顿和瓦特基本上垄断了蒸汽机行业。新蒸汽机被迅速广泛推广,所有工厂都需要一台瓦特蒸汽机,通过皮带为所有设备提供动力。1788年,威廉·西明顿(William Symington)建造并乘坐利用瓦特蒸汽机为动力的双体船穿越了达尔斯温顿湖(Dalswinton Loch)。1804年,理查德·特雷维希克(Richard Trevithick)利用瓦特蒸汽机建造了世界上第一台矿山蒸汽机车。1817年,史蒂芬孙进一步完善了蒸汽机车,并将铁路和火车商业化。从此,蒸汽轮船和蒸汽机车连接了全世界,把旅行时间缩短了几分之一。以蒸汽为动力的工厂成倍地增加了产量。詹姆斯·瓦特的贡献很可能远远超出了他的想象。

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在瓦特去世63年后,英国协会以瓦特的名字命名了功率单位——瓦特。

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