第一台蒸汽机谁发明的

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第一台蒸汽机谁发明的

世界上第一台蒸汽机 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(HeroofAlexandria)于1

世纪创造的汽转球(Aeolipile)，是蒸汽机的雏形。

约1679年法国物理学家丹尼斯巴本在观看蒸汽逃窜他

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想法。

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，他们对蒸汽机的进

展都做出了自己的奉献。1807年罗伯特富尔顿第一个胜利

地用蒸汽机来驱动轮船。瓦特并不是蒸汽机的创造者，在他

之前，早就浮现了蒸汽机，即纽科门蒸汽机，但它的耗煤量

大、效率低。瓦特运用科学理论，逐渐发觉了这种蒸汽机的

毛病所在。从1765年到1790年，他进行了一系列创造，

比如分别式冷凝器、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

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力计等等，使蒸汽机的效率提高到本来纽科门机的3倍多，

终于创造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，特殊是煤矿，

已进展到相当的规模，单靠人力、畜力已难以满足排除矿井

地下水的要求，而现场又有丰盛而便宜的煤作为燃料。现实

的须要促使许多人，如英国的帕潘、萨弗里、纽科门等就致

力于以火力提水的探究和实验。

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，蒸汽凝聚时造成真空。活塞另一面的空气压力推进活塞。

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聚缸通过一个阀门分

开。瓦特在伯明翰创造了这个改良。这个改良提高了蒸汽机

的效率。下一个改良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，但它们比拟平安，

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因为它们的压力比拟低，在物质发生损坏的状况下机器向内

收缩，而不是向外爆炸。它们的效率受外部气压、气缸变形、

焚烧和沸腾的效率和凝聚能力的限制。理论最高效率受水在

一般大气压下比拟低的沸腾温度限制。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

汽机危急得多。锅炉和机器的爆炸造成了许多大事故。平安

阀在这里带来了很大的改良，在压力过高的状况下平安阀放

气减压。但真正保证平安惟独依赖建筑、运行和维护的阅历

和平安规那么。

萨弗里制成的世界上第一台有用的蒸汽提水机，在

1698年取得标名为矿工之友的英国专利。他将一个蛋形容

器先弥漫蒸汽，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。翻开进水阀，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

弥漫蒸汽时，关闭进汽阀和排水阀，重新喷水使蒸汽冷凝。

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如此反复循环，用两个蛋形容器交替工作，可间断排水。

萨弗里的提水机依赖真空的吸力汲水，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干将水压到地面上，这在当初无

疑是困难而又危急的。

纽可门及其助手卡利在1705年创造了大气式蒸汽机，

用以驱动自立的提水泵，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快速推广，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，英国的仪器维修工詹姆斯瓦特为格拉

斯哥大学维修纽可门蒸汽机模型时，留意到了这一缺点，并

于1765年创造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聚水

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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，以削减冷凝损失。

瓦特的发明性工作使蒸汽机快速地进展，他使本来只能

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。因而瓦特是蒸汽机的改进

者。

自18世纪晚期起，蒸汽机不仅在采矿业中得到宽泛应

用，在冶炼、纺织、机器制造等行业中也都获得快速推广。

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，加速了资金的堆

积，并对运输业提出了迫切要求。

在船舶上采纳蒸汽机作为推动动力的试验始于1776年,

经过不断改良，至1807年，美国的富尔顿制成了第一艘有

用的明轮推动的蒸汽机船克莱蒙号。尔后，蒸汽机在船舶上

作为推动动力历百余年之久。

1800年，英国的特里维西克设计了可安装在较大车体

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上的高压蒸汽机。1803年，他把它用来推进在一条环形轨

道上开动的机车，找来喜爱 新鲜玩意儿的人乘坐，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良，

于1829年发明了火箭号蒸汽机车，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。

蒸汽机的进展在20世纪初到达了高峰。它具有恒扭矩、

可变速、可逆转、运行可靠、制造和修理方便等优点，因而

曾被宽泛用于电站、工厂、机车和船舶等各个领域中，特殊

在军舰上成了当初唯一的原动机。

须要特殊留意的是，许多教科书上(历史书、物理书)说

瓦特是蒸汽机的创造者。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

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自立创造的，用于矿井抽水。当初效率很低。1765年，瓦

特在维修纽可门机的根底上，对蒸汽机做了重大改良，使冷

凝器与汽缸分别，创造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

这些创造，仍使用在现代蒸汽机中，为纪念瓦特的奉献，功

率的单位名称以其姓氏命名。

蒸汽机的进展 成效

蒸汽机的进展首先体如今功率和效率的提高，而这又主

要取决于蒸汽参数的提高。初期蒸汽机的蒸汽压力仅为

0.11～0.13兆帕，19世纪初才到达0.35～0.7兆帕，20世

纪20年月曾用到6～10兆帕。在蒸汽温度上，19世纪末还

不超过250℃，而到20世纪30年月曾用到450～480℃。

效率

至于效率，瓦特初期间断运转的蒸汽机，按燃料热值计

总效率不超过3%;到1840年，最好的凝汽式蒸汽机总效率

可达8%;到20世纪，蒸汽机最高效率可到达20%以上。

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转速

在转速方面，18世纪末瓦特蒸汽机仅40～50转/分;20

世纪初转速到达100～300转/分，个别蒸汽机曾到达2500

转/分。在功率方面，最初单机功率仅几马力，20世纪初的

一台船用蒸汽机的功率可达25000马力。

随着蒸汽参数和功率的提高，蒸汽已不行能在一个汽缸

中继续膨胀，还必需在相衔接的汽缸中继续膨胀，于是浮现

了多级膨胀的蒸汽机。蒸汽机因受到润滑油闪点的限制，所

用蒸汽的最高温度普通都不超过400℃，机车，船用等移动

式蒸汽机还略低一些，多数不高于350℃。考虑到膨胀的可

能性和构造的经济性，常用压力在2.5兆帕下列。蒸汽参数

受到限制，从而也限制了蒸汽机功率的进一步提高。

意义

蒸汽机的浮现和改良促进了社会经济的进展，但同时经

济的进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、分量轻、尺寸小等。尽管人们对蒸汽机

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作过许多改良，不断扩充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进展，蒸汽机因存在不行克制的弱

点而逐渐衰落。

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