介绍蒸汽机谁发明的

介绍蒸汽机谁发明的

世界上第一台蒸汽机是由古希腊数学家亚历山大港的希罗Hero of Alexandria于1

世纪发明的汽转球Aeolipile，是蒸汽机的雏形。

约1679年法国物理学家丹尼斯·巴本在观察蒸汽逃离他的高压锅后制造了第一台蒸

汽机的工作模型。约与此同时萨缪尔·莫兰也提出了蒸汽机的主意。

1698年托马斯·塞维利、1712年托马斯·纽科门和1769年詹姆斯·瓦特制造了早期

的工业蒸汽机，他们对蒸汽机的发展都做出了自己的贡献。1807年罗伯特·富尔顿第一个

成功地用蒸汽机来驱动轮船。瓦特运用科学理论，逐渐发现了这种蒸汽机的毛病所在。从

1765年到1790年，他进行了一系列发明，比如分离式冷凝器、汽缸外设置绝热层、用油

润滑活塞、行星式齿轮、平行运动连杆机构、离心式调速器、节气阀、压力计等等，使蒸

汽机的效率提高到原来纽科门机的3倍多，最终发明出了现代意义上的蒸汽机。

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，如英国的帕潘、萨弗里、纽科门等就致力于"以火力提水"的探索和

试验。

最初的真空蒸汽机被用来将矿井里的水抽出来。纽科门的蒸汽机将蒸汽引入气缸后阀

门被关闭，然后冷水被撒入汽缸，蒸汽凝结时造成真空。活塞另一面的空气压力推动活塞。

在矿井中联结一根深入竖井的杆来驱动一个泵。蒸汽机活塞的运动通过这根杆传到泵的活

塞来将水抽到井外。

第一个巨大的改善是将气缸与凝结缸通过一个阀门分开。瓦特在伯明翰发明了这个改

进。这个改进提高了蒸汽机的效率。下一个改进是将阀门的操作自动化。

这些早期的真空蒸汽机的效率有限，但它们比较安全，因为它们的压力比较低，在物

质发生损坏的情况下机器向内收缩，而不是向外爆炸。它们的效率受外部气压、气缸变形、

燃烧和沸腾的效率和凝结能力的限制。理论最高效率受水在普通大气压下比较低的沸腾温

度限制。使用高温高压的蒸汽为蒸汽机的效率带来了巨大的提高。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大事故。安全阀在这里带来了很大的改进，

在压力过高的情况下安全阀放气减压。但真正保证安全只有依靠建造、运行和维护的经验

和安全规则。

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。他将一个蛋形容器先充满蒸汽，然后关闭进汽阀，在容器外喷淋冷水使容器内

蒸汽冷凝而形成真空。打开进水阀，矿井底的水受大气压力作用经进水管吸入容器中;关

闭进水阀，重开进汽阀，靠蒸汽压力将容器中的水经排水阀压出。待容器中的水被排空而

充满蒸汽时，关闭进汽阀和排水阀，重新喷水使蒸汽冷凝。如此反复循环，用两个蛋形容

器交替工作，可连续排水。

萨弗里的提水机依靠真空的吸力汲水，汲水深度不能超过六米。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。

纽可门及其助手卡利在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。这种蒸汽机先在英国，后来在欧洲大陆得到迅速推广，它的改型

产品直到19世纪初还在制造。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，英国的仪器修理工詹姆斯·瓦特为格拉斯哥大学修理纽可门蒸汽机模型时，

注意到了这一缺点，并于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。初期的瓦特蒸汽机仍用平衡杠杆和拉杆机构来驱动提水泵，为了从

凝汽器中抽除凝结水和空气，瓦特装设了抽气泵。他还在汽缸外壁加装夹层，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地发展，他使原来只能提水的机械，成为了可以普遍

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。因此瓦特是蒸汽机的改良

者。

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

等行业中也都获得迅速推广。它使英国的纺织品产量在20多年内从1766年到17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，

美国的富尔顿制成了第一艘实用的明轮推进的蒸汽机船"克莱蒙"号。此后，蒸汽机在船舶

上作为推进动力历百余年之久。

1800年，英国的特里维西克设计了可安装在较大车体上的高压蒸汽机。1803年，他

把它用来推动在一条环形轨道上开动的机车，找来喜欢新奇玩意儿的人乘坐，向他们收费，

这就是机车的雏型。英国的史蒂芬孙将机车不断改进，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五兆瓦的蒸汽机电站。

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。

需要特别注意的是，许多教科书上历史书、物理书说瓦特是蒸汽机的发明者。这是误

传。蒸汽机是英国人萨维利Savery于1698年、纽可门Newcomen于1705年各自独立发明

的，用于矿井抽水。当时效率很低。1765年，瓦特在修理纽可门机的基础上，对蒸汽机做

了重大改进，使冷凝器与汽缸分离，发明曲轴和齿轮传动以及离心调速器等，使蒸汽机实

现了现代化，大大提高了蒸汽机的效率。瓦特的这些发明，仍使用在现代蒸汽机中，为纪

念瓦特的贡献，功率的单位名称以其姓氏命名。

1764年，学校请瓦特修理一台纽可门式蒸汽机，在修理的过程中，瓦特熟悉了蒸汽机

的构造和原理，并且发现了这种蒸汽机的两大缺点:活塞动作不连续而且慢;蒸汽利用率低，

浪费原料。以后，瓦特开始思考改进的办法。直到1765年的春天，在一次散步时，瓦特

想到，既然纽可门蒸汽机的热效率低是蒸汽在缸内冷凝造成的，那么为什么不能让蒸汽在

缸外冷凝呢?瓦特产生了采用分离冷凝器的最初设想。

在产生这种设想以后，瓦特在同年设计了一种带有分离冷凝器的蒸汽机。按照设计，

冷凝器与汽缸之间有一个调节阀门相连，使他们既能连通又能分开。这样，既能把做工后

的蒸汽引入汽缸外的冷凝器，又可以使汽缸内产生同样的真空，避免了汽缸在一冷一热过

程中热量的消耗，据瓦特理论计算，这种新的蒸汽机的热效率将是纽可门蒸汽机的三倍。

从理论上说，瓦特的这种带有分离器冷凝器的蒸汽机显然优于纽可门蒸汽机，但是，要把

理论上的东西变为实际上的东西，把图纸上的蒸汽机变为实在的蒸汽机，还要走很长的路。

瓦特辛辛苦苦造出了几台蒸汽机，但效果反而不如纽可门蒸汽机，甚至四处漏气，无法开

动。尽管耗资巨大的试验使他债台高筑，但他没有在困难面前怯步，继续进行试验。当布

莱克知道瓦特的奋斗目标和困难处境时，他把瓦特介绍给了自己一个十分富有的朋友--化

工技师罗巴克。当时罗巴克是一个十分富有的企业家，他在苏格兰的卡隆开办了第一座规

模较大的炼铁厂。虽然当时罗巴克已近50岁，但对科学技术的新发明仍然倾注着极大的

热情。他对当时只有三十来岁的瓦特的新装置很是赞许，当即与瓦特签订合同，赞助瓦特

进行新式蒸汽机的试制。

从1766年开始，在三年多的时间里，瓦特克服了在材料和工艺等各方面的困难，终

于在1769年制出了第一台样机。同年，瓦特因发明冷凝器而获得他在革新纽可门蒸汽机

的过程中的第一项专利。第一台带有冷凝器的蒸汽机虽然试制成功了，但它同纽可门蒸汽

机相比，除了热效率有显著提高外，在作为动力机来带动其他工作机的性能方面仍未取得

实质性进展。就是说，瓦特的这种蒸汽机还是无法作为真正的动力机。

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