谁发明了蒸汽机？

蒸汽机[1]是一种往复式动力机器，将蒸汽的能量转化为机械功。蒸汽机的出现引起了18世纪的工业革命。直到20世纪初，它仍是世界上最重要的原动机，后来逐渐让位于内燃机和汽轮机。【编辑此段】发明史【1】世界上第一台蒸汽机是1世纪古希腊数学家亚历山大的希罗发明的一个空气球，但它只是一个玩具。大约1679年，法国物理学家丹尼斯·帕彭(Dennis Papen)在观察到蒸汽从他的高压锅中逸出后，制作了第一台蒸汽机的工作模型。大约在同一时期，塞缪尔·莫兰也提出了蒸汽机的设想詹姆斯·瓦特。1698年的托马斯·塞维利亚、1712年的托马斯·纽科门和1769年的詹姆斯·瓦特制造了早期的工业蒸汽机，他们都为蒸汽机的发展做出了自己的贡献。1807年，罗伯特·富尔顿第一个成功地用蒸汽机驱动轮船。瓦特不是蒸汽机的发明者。在他之前，很久以前就出现了蒸汽机，纽科门蒸汽机，但它消耗大量的煤，效率很低。运用科学理论，瓦特逐渐发现了这台蒸汽机的毛病。从1765年到1790年，他做了一系列发明，如分离式冷凝器、汽缸外保温层、用油润滑活塞、行星齿轮、平行连杆机构、离心调速器、节流阀、压力表等。，使蒸汽机的效率提高到原来纽科门机的三倍以上，最终发明了现代蒸汽机。16年底到17年底，英国采矿业尤其是煤矿已经发展到相当规模，仅靠人力和畜力难以满足抽干地下水的要求，而现场有丰富廉价的煤炭作为燃料。现实的需要，促使英国的帕潘、萨弗里、纽科门等许多人投身于“火力提水”的探索和实验。[2]最初的真空蒸汽机是用来把水从矿井中抽出来的。纽科门的蒸汽机将蒸汽引入汽缸，然后关闭阀门，再将冷水注入汽缸，蒸汽凝结时造成真空。活塞另一侧的空气压力推动活塞。把一根杆子深深地插进矿井里来驱动水泵。蒸汽机活塞的运动通过这根杆传递给泵的活塞，把水从井里抽出来。第一个很大的改进是通过阀门把汽缸和冷凝缸分开。瓦特在伯明翰发明了这项改进。这项改进提高了蒸汽机的效率。下一个改进是自动操作阀门。这些早期的真空蒸汽机效率有限，但相对安全，因为它们的压力相对较低，机器向内收缩而不是向外爆炸，以防材料损坏。它们的效率受到外部空气压力、气缸变形、燃烧和沸腾效率以及冷凝能力的限制。理论上的最大效率受限于水在普通大气压下相对较低的沸腾温度。高温高压蒸汽的使用大大提高了蒸汽机的效率。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严重事故。安全阀在这里带来了很大的提升，压力过高时安全阀放气减压。但是安全的真正保证仅仅依赖于建造、操作和维护的经验和安全规则。萨弗里制造的世界上第一台实用的蒸汽水泵于1698年获得名为“矿工之友”的英国专利。他先在一个蛋形容器中充入蒸汽，然后关闭蒸汽进气阀，向容器外喷射冷水，使容器内的蒸汽凝结形成真空。打开进水阀，矿井底部的水在大气压力的作用下通过进水管被吸入容器内；关闭进水阀，重新打开进汽阀，利用蒸汽压力将容器内的水通过排水阀压出。当容器内的水排干并充满蒸汽时，关闭蒸汽进口阀和排水阀，再次喷水使蒸汽凝结。如此反复循环，两个蛋形容器交替工作，可以不断排水。萨弗里的水泵依靠真空吸力抽水，抽水深度不能超过六米。为了从几十米深的矿井中抽水，需要在矿井深处安装水泵，利用高蒸汽压力将水抽到地面，这在当时无疑是困难和危险的。纽科门和他的助手卡利在1705年发明了大气蒸汽机来驱动独立水泵，被称为纽科门大气蒸汽机。这种蒸汽机首先在英国普及，然后在欧洲大陆推广，直到19世纪初仍在制造其改型产品。纽科门大气蒸汽机的热效率很低，这主要是由于蒸汽进入气缸后，凝结在刚被水冷却的气缸壁上，损失了大量的热量。只在煤价低的产煤区推广。1764年，英国仪器修理工詹姆斯·瓦特在为格拉斯哥大学修理纽科门蒸汽机模型时注意到了这一缺点，并在1765年发明了冷凝器与缸壁分离的蒸汽机，并在1769年获得了英国专利。在早期，瓦特的蒸汽机仍然使用平衡杆和拉杆机构来驱动水泵。为了清除冷凝器中的冷凝物和空气，瓦特安装了一个空气泵。他还在汽缸外壁安装了夹层，并用蒸汽加热汽缸壁，以减少冷凝损失。瓦特的创造性工作使蒸汽机迅速发展。他把只能提水的机械变成了可以广泛使用的蒸汽机，蒸汽机的热效率提高了一倍，大大降低了煤耗。因此，瓦特是蒸汽机的改革家。18世纪后期以来，蒸汽机不仅广泛应用于采矿，还广泛应用于冶炼、纺织、机械制造等行业。它使英国的纺织品产量在20多年间增加了5倍(从1766增加到1789)，为市场提供了大量的消费品，加速了资金的积累，对运输业提出了迫切的要求。在船舶上使用蒸汽机作为推进动力的实验始于1776年，经过不断改进，美国富尔顿制造了第一艘实用的开轮推进蒸汽机船“克莱蒙特”号。从那以后，蒸汽机在船上用作推进动力已经有一百多年了。1800年，英国的特里维西克设计了一台高压蒸汽机，可以安装在更大的车体上。1803年，他用它推动在环形轨道上运行的机车，找喜欢新奇的人骑，给他们充电。这是火车头的原型。英国的斯蒂芬·孙不断改进机车，于1829年创造了“火箭”号蒸汽机车。机车以46公里/小时的速度牵引着一节载有30名乘客的车厢，引起了各国的关注，开创了铁路时代。19年底，随着电力应用的兴起，蒸汽机一度作为电站的主要动力机械。1900年，美国纽约有一个单机功率五兆瓦的蒸汽机电站。蒸汽机的发展在20世纪初达到顶峰。它具有恒转矩、变速、可逆、运行可靠、制造维修方便等优点，因此被广泛应用于电站、工厂、机车、船舶等各个领域，特别是在军舰上，成为当时唯一的原动机。需要注意的是，很多教科书(历史书和物理书)都说瓦特是蒸汽机的发明者。这是误传。蒸汽机是1698年英国人扎维利和1705年纽科门独立发明的，用于矿山抽水。那时候效率很低。1765年，瓦特在修复纽盖特机的基础上对蒸汽机进行了重大改进，将冷凝器与汽缸分离，发明了曲轴齿轮传动和离心调速器，使蒸汽机现代化，效率大大提高。瓦特的发明仍然用于现代蒸汽机。为了纪念瓦特的贡献，电力的单位名称以他的姓氏命名。(《物理学(第五版)》)【编辑本段】原理蒸汽机按蒸汽在活塞一侧或两侧工作，可分为单作用式和双作用式；按气缸排列，可分为立式和卧式；根据蒸汽是在一个缸内膨胀还是在多个缸内依次连续膨胀，可分为单膨胀型和多膨胀型；按蒸汽在缸内的流向，可分为回流式和单流式；按排气方式和排气压力可分为冷凝式、大气式和背压式。简易蒸汽机主要由气缸、底座、活塞、曲柄连杆机构、滑阀配汽机构、调速机构和飞轮组成，气缸和底座是静止部件。来自锅炉的新蒸汽通过主汽阀和节流阀进入滑阀室，由滑阀控制交替进入气缸左侧或右侧推动活塞运动。蒸汽机的发展首先体现在功率和效率的提高，而功率和效率的提高主要依赖于蒸汽参数的提高。蒸汽机开始时蒸汽压力只有0.11 ~ 0.13 MPa，19世纪初达到0.35 ~ 0.7 MPa。1920年代为6 ~ 10 MPa。蒸汽温度方面，19年末未超过250℃，但在30年代使用在450 ~ 480℃。至于效率，在瓦特初始阶段连续运转的蒸汽机的总效率按燃料的热值计算不到3%；到1840，最好的冷凝式蒸汽机总效率可以达到8%；到20世纪，蒸汽机的最高效率可以达到20%以上。转速方面，18年末，瓦特蒸汽机只有40 ~ 50转；20世纪初，转速达到100 ~ 300转/分，部分蒸汽机一度达到2500转/分。从功率上来说，最开始单机功率只有几马力，20世纪初的船用蒸汽机功率可以达到25000马力。随着蒸汽参数和功率的提高，蒸汽不可能在一个缸内继续膨胀，而必须在相连的缸内继续膨胀，于是就有了多级膨胀蒸汽机。由于润滑油闪点的限制，蒸汽机所用蒸汽的最高温度一般低于400℃，机车、船舶等移动式蒸汽机略低，大部分不高于350℃。考虑到膨胀的可能性和结构的经济性，常用压力在2.5 MPa以下。蒸汽参数有限，也限制了蒸汽机功率的进一步提高。蒸汽机的出现和改进促进了社会和经济的发展，但同时，经济的发展反过来对蒸汽机提出了更高的要求，如高功率、高效率、重量轻、体积小等。虽然人们对蒸汽机进行了很多改进，扩大了使用范围，提高了性能，但是随着汽轮机和内燃机的发展，蒸汽机因为存在不可克服的弱点而逐渐衰落。【编辑此段】技术锅炉有两种:火管造型用于早期船舶和蒸汽机车的锅炉。在火管锅炉中，燃烧室的热烟气通过烟道从烟囱排出。这种锅炉需要一个相对较高的烟囱。水管形状的水由通过多个管道的热空气加热。这些管道流入换热器顶部的蒸汽收集室。水管锅炉的一个重要优点是损坏时造成的危险较小，因为锅炉内的水量较小，而且锅炉内没有太多运动的机械部件。有些水管锅炉还在烟道上安装了热交换器，以提高整个锅炉的热效率。