文章插图
蒸汽机蒸汽机是将蒸汽的能量转换为机械功的往复式动力机械 。蒸汽机的出现曾引起了18世纪的工业革命 。直到20世纪初，它仍然是世界上最重要的原动机，后来才逐渐让位于内燃机和汽轮机等 。
【蒸汽机】蒸汽机需要一个使水沸腾产生高压蒸汽的锅炉，这个锅炉可以使用木头、煤、石油或天然气甚至可燃垃圾作为热源 。蒸汽膨胀推动活塞做功 。
基本介绍中文名：蒸汽机
外文名：steam engine
原理：将蒸汽的能量转换为机械功
改良者：詹姆斯·瓦特 James Watt
发明时间：17世纪末
改良时间：1785
出现意义：人类进入“蒸汽时代”
发明历史世界上第一台蒸汽机是由古希腊数学家亚历山大港的希罗（Hero of Alexandria）于公元1世纪发明的汽转球（Aeolipile），这是蒸汽机的雏形 。约1679年法国物理学家丹尼斯·巴本在观察蒸汽逃离他的高压锅后製造了第一台蒸汽机的工作模型 。同时代的萨缪尔·莫兰也提出了蒸汽机的主意 。
文章插图
詹姆斯·瓦特（James Watt).1698年托马斯·塞维利和1712年托马斯·纽科门製造了早期的工业蒸汽机，他们对蒸汽机的发展都做出了自己的贡献 。1807年罗伯特·富尔顿第一个成功地用蒸汽机来驱动轮船 。瓦特运用科学理论，逐渐发现了这种蒸汽机的毛病所在 。从1765年到1790年，他进行了一系列发明，比如分离式冷凝器、汽缸外设定绝热层、用油润滑活塞、行星式齿轮、平行运动连桿机构、离心式调速器、节气阀、压力计等等，使蒸汽机的效率提高到原来纽科门机的3倍多，最终发明出工业用蒸汽机 。16世纪末到17世纪后期，英国的採矿业，特别是煤矿，已发展到相当的规模，单靠人力、畜力已难以满足排除矿井地下水的要求，而现场又有丰富而廉价的煤作为燃料 。现实的需要促使许多人，如英国的帕潘、萨弗里、纽科门等就致力于“以火力提水”的探索和试验 。最初的真空蒸汽机被用来将矿井里的水抽出来 。纽科门的蒸汽机将蒸汽引入气缸后阀门被关闭，然后冷水被撒入汽缸，蒸汽凝结时造成真空 。活塞另一面的空气压力推动活塞 。在矿井中联结一根深入竖井的桿来驱动一个泵 。蒸汽机活塞的运动通过这根桿传到泵的活塞来将水抽到井外 。第一个巨大的改善是将气缸与凝结缸通过一个阀门分开 。瓦特在伯明罕发明了这个改进 。这个改进提高了蒸汽机的效率 。下一个改进是将阀门的操作自动化 。这些早期的真空蒸汽机的效率有限，但它们比较安全，因为它们的压力比较低，在物质发生损坏的情况下机器向内收缩，而不是向外爆炸 。它们的效率受外部气压、气缸变形、燃烧和沸腾的效率和凝结能力的限制 。理论最高效率受水在普通大气压下比较低的沸腾温度限制 。使用高温高压的蒸汽为蒸汽机的效率带来了巨大的提高 。但这种蒸汽机比真空蒸汽机危险得多 。锅炉和机器的爆炸造成了许多大事故 。安全阀在这里带来了很大的改进，在压力过高的情况下安全阀放气减压 。但真正保证安全只有依靠建造、运行和维护的经验和安全规则 。萨弗里製成的世界上第一台实用的蒸汽提水机，在1698年取得标名为“矿工之友”的英国专利 。他将一个蛋形容器先充满蒸汽，然后关闭进汽阀，在容器外喷淋冷水使容器内蒸汽冷凝而形成真空 。打开进水阀，矿井底的水受大气压力作用经进水管吸入容器中；关闭进水阀，重开进汽阀，靠蒸汽压力将容器中的水经排水阀压出 。待容器中的水被排空而充满蒸汽时，关闭进汽阀和排水阀，重新喷水使蒸汽冷凝 。如此反覆循环，用两个蛋形容器交替工作，可连续排水 。萨弗里的提水机依靠真空的吸力汲水，汲水深度不能超过六米 。为了从几十米深的矿井汲水，须将提水机装在矿井深处，用较高的蒸汽压力才能将水压到地面上，这在当时无疑是困难而又危险的 。纽科门及其助手卡利在1705年发明了大气式蒸汽机，用以驱动独立的提水泵，被称为纽科门大气式蒸汽机 。这种蒸汽机先在英国，后来在欧洲大陆得到迅速推广，它的改型产品直到19世纪初还在製造 。纽科门大气式蒸汽机的热效率很低，这主要是由于蒸汽进入汽缸时，在刚被水冷却过的汽缸壁上冷凝而损失掉大量热量，只在煤价低廉的产煤区才得到推广 。1764年，英国的仪器修理工詹姆斯·瓦特为格拉斯哥大学修理纽可门蒸汽机模型时，注意到了这一缺点，并于1765年发明了设有与汽缸壁分开的凝汽器的蒸汽机，并于1769年取得了英国的专利 。初期的瓦特蒸汽机仍用平衡槓桿和拉桿机构来驱动提水泵，为了从凝汽器中抽除凝结水和空气，瓦特装设了抽气泵 。他还在汽缸外壁加装夹层，用蒸汽加热汽缸壁，以减少冷凝损失 。