問題與解答

問題敘述 誰發明蒸汽機?
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您所詢問的問題為「誰發明蒸汽機?」,本館答覆如下:

蒸汽機的出現曾引起了18世紀的工業革命。直到20世紀初﹐它仍然是世界上最重要的原動機﹐後來才逐漸讓位於內燃機和汽輪機等。
16世紀末到17世紀後期﹐英國的採礦業﹐特別是煤礦﹐已發展到相當的規模﹐單靠人力﹑畜力已難以滿足排除礦井地下水的要求﹐而現場又有豐富而廉價的煤作為燃料。現實的需要促使許多人﹐如英國的D.帕潘﹑T.薩弗里﹑紐科門﹐T.等致力於“以火力提水”的探索和試驗。薩弗里製成的世界上第一台實用的蒸汽提水機﹐在1698年取得標名為“礦工之友”的英國專利。他將一個蛋形容器先充滿蒸汽﹐然後關閉進汽閥﹐在容器外噴淋冷水使容器內蒸汽冷凝而形成真空。打開進水閥﹐礦井底的水受大氣壓力作用經進水管吸入容器中﹔關閉進水閥﹐重開進汽閥﹐靠蒸汽壓力將容器中的水經排水閥壓出。待容器中的水被排空而充滿蒸汽時﹐關閉進汽閥和排水閥﹐重新噴水使蒸汽冷凝。如此反復循環﹐用兩個蛋形容器交替工作﹐可連續排水。
薩弗里的提水機依靠真空的吸力汲水﹐汲水深度不能超過6米。為了從幾十米深的礦井汲水﹐須將提水機裝在礦井深處﹐用較高的蒸汽壓力才能將水壓到地面上﹐這在當時無疑是困難而又危險的。紐科門及其助手J.卡利在1705年發明了大氣式蒸汽機﹐用以驅動獨立的提水泵﹐被稱為紐科門大氣式蒸汽機。扇形平衡槓桿左側的配重將活塞提起﹐同時蒸汽進入活塞下部的汽缸中。當活塞上昇到汽缸頂部時﹐關閉進汽閥﹐向汽缸中噴入冷水使蒸汽冷凝﹐形成真空﹐活塞上面的大氣壓力將活塞下壓﹐提起槓桿左側的提水泵拉杆﹐使裝在礦井深處的提水泵將水汲出。因汽缸直徑大於提水泵的缸徑﹐雖然汽缸活塞上的壓力只等於大氣壓﹐也可以汲出數十米深處的水。這種蒸汽機先在英國﹐後來在歐洲大陸得到迅速推廣。它的改型產品直到19世紀初還在製造。紐科門大氣式蒸汽機的熱效率很低﹐這主要是由於蒸汽進入汽缸時﹐在剛被水冷卻過的汽缸壁上冷凝而損失掉大量熱量﹐只在煤價低廉的產煤區才得到推廣。1764年﹐英國的儀器修理工瓦特﹐J.為格拉斯哥大學修理紐科門蒸汽機模型時注意到這一缺點﹐於1765年發明了設有與汽缸壁分開的凝汽器的蒸汽機﹐並於1769年取得了英國的專利。初期的瓦特蒸汽機仍用平衡槓桿和拉杆機構來驅動提水泵。活塞由槓桿另一端的配重拉昇到頂部後﹐平衡閥關閉而進汽閥打開﹐將蒸汽引入汽缸上端﹐同時排汽閥開啟使活塞下汽缸部分和凝汽器接通而形成真空﹐活塞受壓下降﹐從而拉起提水泵的拉杆。活塞被壓到下端後關閉進汽閥和排汽閥﹐同時打開平衡閥連通汽缸的上下端﹐配重遂再次拉起活塞﹐如此循環作功提水。為了從凝汽器中抽除凝結水和空氣﹐瓦特裝設了抽氣泵。他還在汽缸外壁加裝夾層﹐用蒸汽加熱汽缸壁﹐以減少冷凝損失。
1782年前後﹐瓦特將機器進一步改進﹐完成了兩項重要發明﹕ 在活寒工作行程的中途關閉進汽閥﹐使蒸汽膨脹作功以提高熱效率﹔ 使蒸汽在活塞兩面都作功(雙作用式)以提高輸出功率。這時的活塞既要向下拉動槓桿又要向上推動槓桿﹐扇形平衡槓桿和拉鏈已不再適用﹐瓦特便發明了平行四邊形機構。早在1770年左右﹐瓦特就開始研究如何利用蒸汽驅動旋轉機械。為了避開別人已取得的將曲柄滑塊機構應用到蒸汽機上的專利﹐瓦特於1781年發明了行星齒輪機構﹐使活塞的往復運動轉換為主軸的旋轉運動。汽缸內活塞的往復運動通過平行四邊形機構傳到槓桿﹐由槓桿帶動連杆再通過齒輪傳到主軸。接著﹐瓦特發明了示功儀﹐用以繪出示功圖。示功圖表示了蒸汽在汽缸中的壓力變化情況﹐據此可算出蒸汽機的功率。示功圖的發明為熱力發動機的研究和發展提供了重要手段。瓦特還於18世紀末將曲柄連杆機構用在蒸汽機上。瓦特的創造性工作使蒸汽機迅速地發展﹐他使原來只能提水的機械﹐成為可以普遍應用的蒸汽機﹐並使蒸汽機的熱效率成倍提高﹐煤耗大大下降。因此瓦特當是蒸汽機最主要的發明人。

參考資源:市圖線上資料庫-中國大百科全書智慧藏。

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資料來源 中國大百科全書智慧藏
提問日期 2003/11/30 上午 12:04:00
回覆者 回覆日期 2003/11/30 下午 02:12:00 
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