蒸汽机的发明者是谁(蒸汽机的历史背景)

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。

d96f42b0fec54c7fa31bed677e88e4c8noop.image_

纽科门蒸汽机动图

瓦特于1736年1月19日出生于苏格兰的格林诺克,他几乎没有受过正规教育。21岁时在格拉斯哥大学找到一份维修科学仪器的工作,一天,苏格兰科学家约翰·安德森让瓦特修理纽科门大学的水泵,瓦特想出了一个改良纽科门蒸汽机的办法。新蒸汽机提高了效率,同样的动力只需要以前三分之一的蒸汽。为了让新蒸汽机商用化,瓦特花费了很多精力和时间继续改良。他设计了一个可以两侧进气的气缸,通过与飞轮联动的阀门控制进气方向。1776年,第一批新型蒸汽机开始应用于实际生产,主要应用于矿井的抽水,由于可靠和高效,为瓦特和合伙人赢得了大量的订单,新型蒸汽机在矿场得到大量应用。

1765年,织工哈格里夫斯发明了“珍妮纺织机”,从此纺织业开始大规模地发展。当时人们的主要动力来源是水力。很快采煤、冶金等许多工业部门,都有了机器生产。随着各种机器越来越多,原有的水力、风力和畜力已经无法满足需求,工业界已经急需一种可靠的发动机来解决动力问题。瓦特的合伙人博尔顿希望蒸汽机能进入这些工厂赚取新的利润,但是蒸汽推动活塞在汽缸是往复运动,为了将活塞的往复运动转变为飞轮的旋转运动,瓦特发明了一种太阳行星齿轮(sun and planet gear)解决专利问题。这个巧妙的装置在泵杆的末端有一个齿轮,泵杆绕着传动轴上的旋转齿轮旋转。新蒸汽机得到了广泛的应用,为绝大多数机器提供动力。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,英国棉纺厂、羊毛厂和面粉厂,都使用了瓦特公司的蒸汽机。此时,瓦特公司基本上垄断了蒸汽机行业。

21f8bd6ba926461db5b317758c108dc5noop.image_

瓦特在1788年建造的蒸汽机

5b33f0bed2234869a23cf72c388a8e27noop.image_

蒸汽机原理示意,上图才是瓦特的蒸汽机

在蒸汽机建造过程中,为了解决高压蒸汽的安全问题,瓦特还发明了蒸汽压力表,

d6bd8b17b7a74bb0b3ba6e6d90671a07noop.image_

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。

31b8f15d89e34b179809fc470d1da0a9noop.image_

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。

654975d8a49e4d87938fa76b97f5890cnoop.image_

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。

(0)

相关推荐

文章包括原创、肖像、评论、剧本、改编、译本、转载、文字、图片等内容,由互联网用户自发贡献,该文观点仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌抄袭侵权/违法违规的内容, 请发送邮件至 782699939@qq.com 举报,一经查实,本站将第一时间删除内容。

返回顶部