
在燃燒發動機,燃氣輪機和核反應堆推動的世界中,蒸汽機似乎是過去的遺物。但是,如果沒有這種改變遊戲規則的發明,現代世界將是一個截然不同的地方。
可以說是工業革命的最重要發展,蒸汽機促進了採礦,製造,農業和運輸領域的主要進步。儘管18世紀和19世紀的幾個著名人物都以開發和改善蒸汽機的發展而聞名,但蒸汽動力機器的歷史實際上可以追溯到工業革命之前的近2000年。
古老的蒸汽輪機
在公元一世紀初,一位希臘發明家被稱為亞歷山大的英雄,設計了世界上第一個Aeolipile或原始蒸汽輪機。 Heron的Aeolipile由一個空心球組成,安裝在一對管上。管子從下方加熱,管將蒸汽運到球體上,在那裡,它通過另一個從球體赤道突出的試管釋放。蒸汽通過設備的運動導致球體旋轉,證明了使用蒸汽作為推進手段的潛力。
雖然英雄的風光是作為新穎的,而不是加速生產的一種手段,但它是第一個將蒸汽轉化為旋轉運動的已知設備。但是直到17世紀,才試圖利用Heron的Aeolipile出於實際目的所表現出的權力。
蒸汽:完美的解決方案
開發了第一個實用的蒸汽發動機來解決一個非常具體的問題:如何從洪水地雷中去除水。作為17世紀的歐洲人從木頭轉換為煤炭作為其主要燃料來源,地雷加深了,結果經常在穿透地下水源後被洪水淹沒。
一位名叫Ayanz的西班牙礦業管理員被認為是第一個解決被洪水氾濫問題的人。 1606年,de Ayanz為使用蒸汽動力推動礦山的機器的第一項專利註冊了專利。西班牙發明家(也因發明世界上第一個空調系統之一而被認為是他的蒸汽機從塞維利亞瓜達爾卡納爾的銀礦中取出的水。
西班牙人首先獲得了用於採礦的蒸汽運營機,但英國人通常會以發明第一個蒸汽機的形式歸功於。 1698年,工程師兼發明家托馬斯·薩弗里(Thomas Savery)為一台可以使用蒸汽壓力從洪水氾濫的礦山中抽水的機器申請了專利。 Savery使用了發明高壓鍋的法國出生的英國物理學家丹尼斯·帕普(Denis Papin)提出的原則。 Papin的想法圍繞氣缸和活塞Steam Engine以前尚未用於構建工作引擎,但是到1705年,Savery將Papin的想法變成了有用的發明。
Savery使用兩個蒸汽鍋爐設計了一個幾乎連續的系統,用於從礦山抽水。但是,儘管Savery的系統早期取得了成功,但很快發現他的發動機只能從淺水深處抽水,如果蒸汽發動機在深地雷中起作用,則需要克服這個問題。
幸運的是,對於歐洲礦主,另一位英國人托馬斯·紐科森(Thomas Newcomen)在1711年開發了一種更好的方法來抽水。他的系統使用了重新設計的蒸汽機,消除了對累積蒸汽壓力的需求,這是Savery系統中的一個缺陷,導致許多不幸的爆炸。 Newcomen的“大氣”發動機(之所以命名,是因為它使用了接近大氣壓力的蒸汽壓力水平)是第一台使用Steam操作水泵的商業成功機器。
儘管這是Savery對Steam Engine的最初渲染的改進,但Newcomen的大氣發動機也存在缺陷。該機器效率低下,需要恆定的冷水流動以冷卻全重要的蒸汽缸(發動機的一部分將蒸汽壓力轉化為運動),以及一個恆定的能量源以重新加熱氣缸。
不管這一主要缺點如何,紐科森的發動機設計在接下來的50年近幾年中都沒有受到挑戰,除了抽出礦山外,還被用於排水,向城鎮,甚至電力工廠和工廠提供水從水輪下方向水輪下供應水,以便重複使用。
為工業革命提供動力
但是到1765年,紐科森發動機的命運已被密封。那年,格拉斯哥大學僱用的蘇格蘭儀器製造商詹姆斯·瓦特(James Watt)開始修復新的發動機的小型型號。瓦特(Watt)因紐科森(Newcomen)的機器消耗的大量蒸汽而感到困惑,並意識到要解決這種效率低下,他將不得不消除蒸汽缸的持續冷卻和重新加熱。
為此,瓦特開發了一個單獨的冷凝器,該冷凝器可以保持蒸汽缸在恆定的溫度下保持,並顯著提高了Newcomen發動機的功能。
出於經濟原因,瓦特無法立即生產他的新的和改進的大氣引擎。但是到1776年,他與英國製造商兼工程師DeadSet建立了合作夥伴關係,而不僅僅是使用蒸汽機來抽水。
瓦特(Watt)從布爾頓(Boulton)的財務支持下,開發了一種單作用(後來是雙作用)旋轉蒸汽機,該蒸汽機與瓦特(Watt)的簽名獨立冷凝器一起採用了平行運動機制,使現有蒸汽缸的功率翻了一番。 Boulton-watt發動機也是第一個允許機器運營商使用稱為離心行調速器的設備來控制發動機速度的發動機。改進的發動機使用了新的齒輪系統 - 由布爾頓和瓦茨的員工威廉·默多克(William Murdoch)開發旋轉運動。
瓦特(Watt)對蒸汽機的改進,再加上布爾頓(Boulton)對一個由蒸汽提供動力的國家的願景,促進了整個英國以及最終美國的蒸汽機快速採用。到1800年代,蒸汽機正在為磨坊,工廠,啤酒廠和許多其他製造運營提供動力。 1852年,第一次飛行蒸汽動力飛艇發生了。隨著火車,船隻和鐵路採用技術將乘客推向20世紀,蒸汽機的未來迭代也定義了旅行。 [參見:蒸汽機如何改變世界這是給出的
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