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影响世界的专利----蒸汽机

影响世界的专利----蒸汽机

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