蒸汽机是谁发明的?蒸汽机是现代火车的最初原型。它是20世纪最伟大的发明,甚至开创了蒸汽时代。工业革命的部分原因是瓦特改进了蒸汽机,但瓦特没有发明蒸汽机。他只改进了蒸汽机。那么蒸汽机是谁发明的呢?蒸汽机的原理是什么?
什么是蒸汽机
蒸汽机是一种将蒸汽能量转化为机械功的往复式动力机。蒸汽机的出现引起了18世纪的工业革命。直到20世纪初,它仍然是世界上最重要的原动力,然后逐渐让位于内燃机和汽轮机。蒸汽机需要一个煮水产生高压蒸汽的锅炉。这种锅炉可以使用木材、煤、石油、天然气甚至垃圾作为热源。蒸汽膨胀推动活塞做功。
蒸汽机是一种能将动能转化为功的热机。泵、机车和现代船只曾经由蒸汽机驱动。蒸汽机在工业革命中起了根本性的作用。今天,人们也使用蒸汽涡轮发动机发电。
谁发明了蒸汽机
众所周知,蒸汽机是瓦特发明的,但实际上瓦特并不是发明蒸汽机的第一人。早在1世纪,古希腊数学家亚历山大的希律王就发明了蒸汽旋转球,它是最初蒸汽机的原型。
1679年,法国物理学家丹尼斯·巴本(Dennis Barben)在看着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。大约同时塞缪尔·莫兰也提出了蒸汽机的想法。
1688年,法国物理学家丹尼斯·帕潘制造了第一台带有汽缸和活塞的简单蒸汽机。然而,帕潘的发明实际上并没有应用于工业生产。
1705年,纽克曼经过长期研究,结合帕宾和塞维利亚的优点,创造了空燃气蒸汽机。
改进过程
1757年,瓦特去格拉斯哥大学做实验师,专门制作和修理教学仪器。大学为瓦特提供了一个学习和实践的好机会。他孜孜不倦地学习,精通德语和意大利语,一有机会就咨询大学教授,有时还和他们争论科技问题。
1763年,一台从外面送到大学的蒸汽机请瓦特修理。瓦特和其他几个人对此进行了详细的研究。瓦特仔细研究后发现,纽克曼蒸汽机有很多缺陷,主要是燃料消耗太大,笨拙,只能用于矿井抽水和灌溉。瓦特决心建造一台更好的蒸汽机。
1784年,瓦特对其进行了改进,增加了自动调节蒸汽机转速的装置,使其适用于各种机械运动。此后,纺织工业、矿业、冶金工业、造纸工业、陶瓷工业等工业部门相继采用蒸汽机作为驱动力。1807年,美国皮草在船上安装了瓦特的蒸汽机。从此,航运业的航海时代结束了。
1814年,英国人斯蒂芬在火车上安装了瓦特的蒸汽机,一个陆上运输的新时代开始了。十九世纪三四十年代,蒸汽机在欧洲和北美广泛使用,被称为“蒸汽时代”瓦特死于1819年。后世称发电机和电动机的功率计算单位为“瓦特”,以纪念他的伟大发明。
这样,瓦特只是蒸汽机的改革者,而不是蒸汽机的发明者,但话说回来,没有瓦特对第一台蒸汽机的精心改进,就不会有蒸汽时代,工业效率也不会大大加快。
蒸汽机原理
蒸汽机为所有早期的机车、轮船和工厂提供动力,因此它是工业革命的基础。在这篇文章中,我们将学习蒸汽机是如何工作的。
以下示意图显示了活塞式蒸汽机的主要部件。这是典型的蒸汽机车用蒸汽机。
图中所示的是双作用蒸汽机,因为它的阀门使高压蒸汽交替作用在活塞的两侧。以下演示了发动机的运行情况:
如你所见,滑阀负责让高压蒸汽进入气缸的两侧。阀门的控制杆通常钩在连接十字头的连杆上,所以十字头的运动也使阀门滑动。
在这张图中可以看到,废蒸汽被简单地排放到空气体中。这解释了蒸汽机车的两件事:
它解释了为什么蒸汽机车需要在车站加水——随着蒸汽的消耗,水不断流失。
它解释了火车“喘息”声的来源。当阀门打开,钢瓶释放废蒸汽时,蒸汽以很大的压力冲出,产生“爆裂”声。火车启动时,活塞运动缓慢,然后火车开始变快,活塞运动也是如此。这就产生了我们在火车启动时经常听到的效果:“呼……呼哧呼哧……呼哧呼哧”。
在蒸汽机车中,十字头通常连接到传动杆,从传动杆连接到连杆,连杆驱动机车的车轮。结构通常如下:
该图中,十字头与传动杆相连,传动杆与列车的三个驱动轮之一相连。这三个轮子通过连杆连接在一起,所以它们同步旋转。
汽锅
蒸汽机所需的高压蒸汽来自锅炉。锅炉的任务是加热水产生蒸汽。实现这一点有两种方式:消防管道和水管。
火管锅炉在19世纪早期更为普遍。它由一个水箱组成,许多管子穿过水箱。通过加热煤或木柴获得的热气通过这些管道加热水箱中的水,如下所示: