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蒸汽机的出现和改进

发布时间:2019-06-21 18:20 来源:未知 编辑:admin

  16世纪末到17世纪后期,英国的采矿业,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D.帕潘、T.萨弗里、T.纽科门等致力于“以火力提水”的探索和试验。萨弗里制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。

  萨弗里的提水机依靠真空的吸力汲水,汲水深度不能超过6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J.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。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J.瓦特为格拉斯哥大学修理纽科门蒸汽机模型时注意到这一缺点,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。1782年前后,瓦特将机器进一步改进。瓦特的创造性工作使蒸汽机迅速地发展,他使原来只能提水的机械,成为可以普遍应用的蒸汽机,并使蒸汽机的热效率成倍提高,煤耗大大下降。因此瓦特当是蒸汽机最主要的发明人。

  自18世纪晚期起,蒸汽机不仅在采矿业中得到广泛应用,在冶炼、纺织、机器制造等行业中都获得迅速推广。它使英国的纺织品产量在20多年内(从1766年到1789年)增长了5倍,为市场提供了大量消费商品,加速了资金的积累,并对运输业提出了迫切要求。在船舶上采用蒸汽机作为推进动力的实验始于1776年,经过不断改进,至1807年,美国的R.富尔顿制成了第一艘实用的明轮推进的蒸汽机船“克莱蒙脱”号。此后,蒸汽机在船舶上作为推进动力历百余年之久。

  1801年,英国的R.特里维西克提出了可移动的蒸汽机的概念。1803年,这种利用轨道的可移动的蒸汽机首先在煤矿区出现,这就是机车的雏型。英国的G.斯蒂芬森将机车不断改进,于1829年创造了“火箭”号蒸汽机车,该机车拖带一节载有30位乘客的车厢,时速达46公里/时,引起了各国的重视,开创了铁路时代。19世纪末,随着电力应用的兴起,蒸汽机曾一度作为电站中的主要动力机械。1900年,美国纽约曾有单机功率达5兆瓦的蒸汽机电站。

  蒸汽机的发展在20世纪初达到了顶峰。它具有恒扭矩、可变速、可逆转、运行可靠、制造和维修方便等优点,因此曾被广泛用于电站、工厂、机车和船舶等各个领域中,特别在军舰上成了当时唯一的原动机。

  蒸汽机的出现和改进促进了社会经济的发展,但同时经济的发展反过来又向蒸汽机提出了更高的要求,如要求蒸汽机功率大、效率高、重量轻、尺寸小等。尽管人们对蒸汽机作过许多改进,不断扩大它的使用范围和改善它的性能,但是随着汽轮机和内燃机的发展,蒸汽机因存在不可克服的弱点而逐渐衰落。

  因此,抛弃了笨重锅炉的内燃机,最终以其重量轻、体积小、热效率高和操作灵活等优点,在船舶和机车上逐渐取代了蒸汽机。

  蒸汽机有很大的历史作用,它曾推动了机械工业甚至社会的发展。随着它的发展而建立的热力学和机构学为汽轮机和内燃机的发展奠定了基础。汽轮机继承了蒸汽机以蒸汽为工质的特点和采用凝汽器以降低排汽压力的优点,摒弃了往复运动和间断进汽的缺点。内燃机继承了蒸汽机的基本结构和传动形式,采用了将燃油直接输入汽缸内燃烧的方式,形成了热效率高得多的热力循环。同时,蒸汽机所采用的汽缸、活塞、飞轮、飞锤调速器,阀门和密封件等,均是构成多种现代机械的基本元件。

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