誰發明了蒸汽機？

蒸汽機[1]是壹種往復式動力機器，將蒸汽的能量轉化為機械功。蒸汽機的出現引起了18世紀的工業革命。直到20世紀初，它仍是世界上最重要的原動機，後來逐漸讓位於內燃機和汽輪機。【編輯此段】發明史【1】世界上第壹臺蒸汽機是1世紀古希臘數學家亞歷山大的希羅發明的壹個空氣球，但它只是壹個玩具。大約1679年，法國物理學家丹尼斯·帕彭(Dennis Papen)在觀察到蒸汽從他的高壓鍋中逸出後，制作了第壹臺蒸汽機的工作模型。大約在同壹時期，塞繆爾·莫蘭也提出了蒸汽機的設想詹姆斯·瓦特。1698年的托馬斯·塞維利亞、1712年的托馬斯·紐科門和1769年的詹姆斯·瓦特制造了早期的工業蒸汽機，他們都為蒸汽機的發展做出了自己的貢獻。1807年，羅伯特·富爾頓第壹個成功地用蒸汽機驅動輪船。瓦特不是蒸汽機的發明者。在他之前，很久以前就出現了蒸汽機，紐科門蒸汽機，但它消耗大量的煤，效率很低。運用科學理論，瓦特逐漸發現了這臺蒸汽機的毛病。從1765年到1790年，他做了壹系列發明，如分離式冷凝器、汽缸外保溫層、用油潤滑活塞、行星齒輪、平行連桿機構、離心調速器、節流閥、壓力表等。，使蒸汽機的效率提高到原來紐科門機的三倍以上，最終發明了現代蒸汽機。16年底到17年底，英國采礦業尤其是煤礦已經發展到相當規模，僅靠人力和畜力難以滿足抽幹地下水的要求，而現場有豐富廉價的煤炭作為燃料。現實的需要，促使英國的帕潘、薩弗裏、紐科門等許多人投身於“火力提水”的探索和實驗。[2]最初的真空蒸汽機是用來把水從礦井中抽出來的。紐科門的蒸汽機將蒸汽引入汽缸，然後關閉閥門，再將冷水註入汽缸，蒸汽凝結時造成真空。活塞另壹側的空氣壓力推動活塞。把壹根桿子深深地插進礦井裏來驅動水泵。蒸汽機活塞的運動通過這根桿傳遞給泵的活塞，把水從井裏抽出來。第壹個很大的改進是通過閥門把汽缸和冷凝缸分開。瓦特在伯明翰發明了這項改進。這項改進提高了蒸汽機的效率。下壹個改進是自動操作閥門。這些早期的真空蒸汽機效率有限，但相對安全，因為它們的壓力相對較低，機器向內收縮而不是向外爆炸，以防材料損壞。它們的效率受到外部空氣壓力、氣缸變形、燃燒和沸騰效率以及冷凝能力的限制。理論上的最大效率受限於水在普通大氣壓下相對較低的沸騰溫度。高溫高壓蒸汽的使用大大提高了蒸汽機的效率。但這種蒸汽機比真空蒸汽機危險得多。鍋爐和機器的爆炸造成了許多嚴重事故。安全閥在這裏帶來了很大的提升，壓力過高時安全閥放氣減壓。但是安全的真正保證僅僅依賴於建造、操作和維護的經驗和安全規則。薩弗裏制造的世界上第壹臺實用的蒸汽水泵於1698年獲得名為“礦工之友”的英國專利。他先在壹個蛋形容器中充入蒸汽，然後關閉蒸汽進氣閥，向容器外噴射冷水，使容器內的蒸汽凝結形成真空。打開進水閥，礦井底部的水在大氣壓力的作用下通過進水管被吸入容器內；關閉進水閥，重新打開進汽閥，利用蒸汽壓力將容器內的水通過排水閥壓出。當容器內的水排幹並充滿蒸汽時，關閉蒸汽進口閥和排水閥，再次噴水使蒸汽凝結。如此反復循環，兩個蛋形容器交替工作，可以不斷排水。薩弗裏的水泵依靠真空吸力抽水，抽水深度不能超過六米。為了從幾十米深的礦井中抽水，需要在礦井深處安裝水泵，利用高蒸汽壓力將水抽到地面，這在當時無疑是困難和危險的。紐科門和他的助手卡利在1705年發明了大氣蒸汽機來驅動獨立水泵，被稱為紐科門大氣蒸汽機。這種蒸汽機首先在英國普及，然後在歐洲大陸推廣，直到19世紀初仍在制造其改型產品。紐科門大氣蒸汽機的熱效率很低，這主要是由於蒸汽進入氣缸後，凝結在剛被水冷卻的氣缸壁上，損失了大量的熱量。只在煤價低的產煤區推廣。1764年，英國儀器修理工詹姆斯·瓦特在為格拉斯哥大學修理紐科門蒸汽機模型時註意到了這壹缺點，並在1765年發明了冷凝器與缸壁分離的蒸汽機，並在1769年獲得了英國專利。在早期，瓦特的蒸汽機仍然使用平衡桿和拉桿機構來驅動水泵。為了清除冷凝器中的冷凝物和空氣，瓦特安裝了壹個空氣泵。他還在汽缸外壁安裝了夾層，並用蒸汽加熱汽缸壁，以減少冷凝損失。瓦特的創造性工作使蒸汽機迅速發展。他把只能提水的機械變成了可以廣泛使用的蒸汽機，蒸汽機的熱效率提高了壹倍，大大降低了煤耗。因此，瓦特是蒸汽機的改革家。18世紀後期以來，蒸汽機不僅廣泛應用於采礦，還廣泛應用於冶煉、紡織、機械制造等行業。它使英國的紡織品產量在20多年間增加了5倍(從1766增加到1789)，為市場提供了大量的消費品，加速了資金的積累，對運輸業提出了迫切的要求。在船舶上使用蒸汽機作為推進動力的實驗始於1776年，經過不斷改進，美國富爾頓制造了第壹艘實用的開輪推進蒸汽機船“克萊蒙特”號。從那以後，蒸汽機在船上用作推進動力已經有壹百多年了。1800年，英國的特裏維西克設計了壹臺高壓蒸汽機，可以安裝在更大的車體上。1803年，他用它推動在環形軌道上運行的機車，找喜歡新奇的人騎，給他們充電。這是火車頭的原型。英國的斯蒂芬·孫不斷改進機車，於1829年創造了“火箭”號蒸汽機車。機車以46公裏/小時的速度牽引著壹節載有30名乘客的車廂，引起了各國的關註，開創了鐵路時代。19年底，隨著電力應用的興起，蒸汽機壹度作為電站的主要動力機械。1900年，美國紐約有壹個單機功率五兆瓦的蒸汽機電站。蒸汽機的發展在20世紀初達到頂峰。它具有恒轉矩、變速、可逆、運行可靠、制造維修方便等優點，因此被廣泛應用於電站、工廠、機車、船舶等各個領域，特別是在軍艦上，成為當時唯壹的原動機。需要註意的是，很多教科書(歷史書和物理書)都說瓦特是蒸汽機的發明者。這是誤傳。蒸汽機是1698年英國人紮維利和1705年紐科門獨立發明的，用於礦山抽水。那時候效率很低。1765年，瓦特在修復紐蓋特機的基礎上對蒸汽機進行了重大改進，將冷凝器與汽缸分離，發明了曲軸齒輪傳動和離心調速器，使蒸汽機現代化，效率大大提高。瓦特的發明仍然用於現代蒸汽機。為了紀念瓦特的貢獻，電力的單位名稱以他的姓氏命名。(《物理學(第五版)》)【編輯本段】原理蒸汽機按蒸汽在活塞壹側或兩側工作，可分為單作用式和雙作用式；按氣缸排列，可分為立式和臥式；根據蒸汽是在壹個缸內膨脹還是在多個缸內依次連續膨脹，可分為單膨脹型和多膨脹型；按蒸汽在缸內的流向，可分為回流式和單流式；按排氣方式和排氣壓力可分為冷凝式、大氣式和背壓式。簡易蒸汽機主要由氣缸、底座、活塞、曲柄連桿機構、滑閥配汽機構、調速機構和飛輪組成，氣缸和底座是靜止部件。來自鍋爐的新蒸汽通過主汽閥和節流閥進入滑閥室，由滑閥交替控制進入氣缸左側或右側推動活塞運動。蒸汽機的發展首先體現在功率和效率的提高，而功率和效率的提高主要依賴於蒸汽參數的提高。蒸汽機開始時蒸汽壓力只有0.11 ~ 0.13 MPa，19世紀初達到0.35 ~ 0.7 MPa。1920年代為6 ~ 10 MPa。蒸汽溫度方面，19年末未超過250℃，但在30年代使用在450 ~ 480℃。至於效率，在瓦特初始階段連續運轉的蒸汽機的總效率按燃料的熱值計算不到3%；到1840，最好的冷凝式蒸汽機總效率可以達到8%；到20世紀，蒸汽機的最高效率可以達到20%以上。轉速方面，18年末，瓦特蒸汽機只有40 ~ 50轉；20世紀初，轉速達到100 ~ 300轉/分，部分蒸汽機壹度達到2500轉/分。從功率上來說，最開始單機功率只有幾馬力，20世紀初的船用蒸汽機功率可以達到25000馬力。隨著蒸汽參數和功率的提高，蒸汽不可能在壹個缸內繼續膨脹，而必須在相連的缸內繼續膨脹，於是就有了多級膨脹蒸汽機。由於潤滑油閃點的限制，蒸汽機所用蒸汽的最高溫度壹般低於400℃，機車、船舶等移動式蒸汽機略低，大部分不高於350℃。考慮到膨脹的可能性和結構的經濟性，常用壓力在2.5 MPa以下。蒸汽參數有限，也限制了蒸汽機功率的進壹步提高。蒸汽機的出現和改進促進了社會和經濟的發展，但同時，經濟的發展反過來對蒸汽機提出了更高的要求，如高功率、高效率、重量輕、體積小等。雖然人們對蒸汽機進行了很多改進，擴大了使用範圍，提高了性能，但是隨著汽輪機和內燃機的發展，蒸汽機因為存在不可克服的弱點而逐漸衰落。【編輯本段】技術鍋爐有兩種:火管造型用於早期船舶和蒸汽機車的鍋爐。在火管鍋爐中，燃燒室的熱煙氣通過煙道從煙囪排出。這種鍋爐需要壹個相對較高的煙囪。水管形狀的水由通過多個管道的熱空氣加熱。這些管道流入換熱器頂部的蒸汽收集室。水管鍋爐的壹個重要優點是損壞時造成的危險較小，因為鍋爐內的水量較小，而且鍋爐內沒有太多運動的機械部件。有些水管鍋爐還在煙道上安裝了熱交換器，以提高整個鍋爐的熱效率。