蒸汽机的发明和应用

历史赋予中国人民四大发明，从而建立了一个千年文明古国。历史把蒸汽机的发明给了西方，西方文明领先世界一百多年。事实上，蒸汽机的发明凝聚了许多西方发明家的辛勤劳动和智慧...帕彭的原始蒸汽机。自17世纪初，来自意大利、英国和法国的科学家开始研究蒸汽。一些蒸汽驱动装置相继问世。到17世纪末，一位名叫帕彭的法国技师制造出了世界上第一台原始蒸汽机。帕彭的蒸汽机有一个汽缸和一个活塞。它的工作原理很充分:通过加热缸内的注水井，当水烧开时，蒸汽将活塞向上推，然后活塞被推到缸顶时关闭。然后，汽缸中的蒸汽被冷却，大气压力将活塞向下推。通过这种加热和冷却的循环，活塞被上下推动。巴本的蒸汽机虽然原始，但就其汽缸和活塞而言，却具有划时代的意义。当然，这种蒸汽机不能用于工业生产，实用价值不大。纽科门实用蒸汽机。纽科曼是英国的一个五金经销商。他非常熟悉矿井的情况，知道欧洲有大量矿主因为抽不出矿井里的水而非常苦恼。他决心用蒸汽机解决这个问题。纽科门花了10年的时间研究和实验，终于在1712年做出了新的蒸汽机。纽科门蒸汽机的工作原理是蒸汽机除了气缸和活塞外，还配有1锅炉。汽缸里没有阀门。当阀门打开时，来自锅炉的蒸汽充满活塞下的汽缸，蒸汽推动活塞移动。当活塞到达顶点时，蒸汽阀关闭，另一个阀打开，向汽缸外壁喷射冷水。冷水使蒸汽凝结，在气缸内形成真空，活塞的上端被大气压力压下。空气推动活塞产生的压力达到每平方厘米1 kg。带大碗的活塞产生的动力比马还大。这种循环活塞上下推动形成作功冲程。人类终于找到了一种能为自己工作的机器。纽科门通过这种动力和配套的泵阀实现了将矿井中的水抽出来的目的。但是这种蒸汽机热效率低，因为蒸汽一会儿进入汽缸，一会儿被冷水冷却。它仍能抽取46米深的矿井水——因此，这种蒸汽机在矿井中被广泛使用。这种机器德国l715，俄罗斯1717，博纳1722，法国1725，18。瓦特对蒸汽机的两项改进。纽科门发明的蒸汽机投入使用60多年后，一个年轻的英国人开始改进蒸汽机。这个年轻人叫瓦特瓦特，曾在英国格拉斯哥的一所大学学习。当时，瓦特接受了学校分配的修理纽科门蒸汽机的任务。在修理过程中，瓦特发现这台蒸汽机有许多缺点，他立即着手对它进行改造。第一次改进完成于1775。瓦特首先对纽科门蒸汽机的缸体进行了改造，缸体频繁冷热变化，消耗热能。瓦特假设加热和冷却两项任务分别由两个容器承担，这样作功的气缸就可以一直保持高热状态。当然，这也需要增加一个冷凝器。其工作原理是:首先打开锅炉蒸汽阀，使蒸汽进入汽缸，推动活塞向上运动。当蒸汽将活塞推向汽缸顶部时，关闭蒸汽阀，同时打开与冷凝器相连的阀门，使汽缸内的蒸汽压力突然消失并冷凝，在汽缸内形成真空。空气压力将使活塞再次向下移动。所以只要这两个阀门交替开闭，活塞就会快速上下运动。瓦特改造后，蒸汽机热效率提高了3倍，节约煤耗1/4。1769年，瓦特获得了他的新技术专利，1775年，他发明了“瓦特蒸汽机”。1784完成第一次改进后，经过多年研究，针对存在的问题进行了第二次改进。这次改进主要解决了两个问题:一是改进了活塞只能直线上下运动的缺点。瓦特用连杆带动曲轴，使活塞的直线动能转化为圆周动能。二是发明了世界上最早的自动控制系统，可以自动调节蒸汽流量，保持机器运行速度恒定。不需要依靠人来调节阀门。瓦特的改进完成于1784。由于这一改进，蒸汽机被广泛应用于工业生产，又由于瓦特对蒸汽机的改造做出了突出贡献，后来人们认为是瓦特发明了蒸汽机，发明时间也被认定为1775或1784。蒸汽机的广泛应用瓦特的蒸汽机点燃了“工业革命”的导火索。很快就在美国、法国、匈牙利、德国等国家的工业生产中提供了强大的动力机器，使人类社会的生产突飞猛进。正如马克思所说，蒸汽机的发明在短时间内改变了整个世界的面貌，从1786变成了1800。时间对比从1712年纽科门制造出第一台用于实际生产的蒸汽机到1784年瓦特完成蒸汽机的第二次改造用了72年。这72年间的中国，远在东方的康熙(1661—1721年)、雍正(1722—1734)和清初的乾隆(1735—1793)。到乾隆末期，中国经济总量世界第一，人口1/3，对外贸易长期增长。然而，由于种种原因，中国对当时世界上发生的工业革命感到茫然。既没有参与其中，也没有分享技术成果，以至于中国的科技在接下来的百年里逐渐衰落。终于有一天，拥有先进生产工具的西方列强，依靠他们的船和枪，打开了中国的大门，对中国人民进行屈辱和掠夺。