誰改良蒸汽機的

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　　改良蒸汽機：詹姆斯•瓦特

　　1764年，學校請瓦特修理一臺紐可門式蒸汽機，在修理的過程中，瓦特熟悉了蒸汽機的構造和原理，並且發現了這種蒸汽機的兩大缺點：活塞動作不連續而且慢;蒸汽利用率低，浪費原料。

　　以後，瓦特開始思考改進的辦法。直到1765年的春天，在一次散步時，瓦特想到，既然紐可門蒸汽機的熱效率低是蒸汽在缸內冷凝造成的，那麼為什麼不能讓蒸汽在缸外冷凝呢?瓦特產生了採用分離冷凝器的最初設想。在產生這種設想以後，瓦特在同年設計了一種帶有分離冷凝器的蒸汽機。按照設計，冷凝器與汽缸之間有一個調節閥門相連，使他們既能連通又能分開。這樣，既能把做工後的蒸汽引入汽缸外的冷凝器，又可以使汽缸內產生同樣的真空，避免了汽缸在一冷一熱過程中熱量的消耗，據瓦特理論計算，這種新的蒸汽機的熱效率將是紐可門蒸汽機的三倍。

　　從理論上說，瓦特的這種帶有分離器冷凝器的蒸汽機顯然優於紐可門蒸汽機，但是，要把理論上的東西變為實際上的東西，把圖紙上的蒸汽機變為實在的蒸汽機，還要走很長的路。瓦特辛辛苦苦造出了幾臺蒸汽機，但效果反而不如紐可門蒸汽機，甚至四處漏氣，無法開動。儘管耗資巨大的試驗使他債臺高築，但他沒有在困難面前怯步，繼續進行試驗。當布萊克知道瓦特的奮鬥目標和困難處境時，他把瓦特介紹給了自己一個十分富有的朋友--化工技師羅巴克。

　　當時羅巴克是一個十分富有的企業家，他在蘇格蘭的卡隆開辦了第一座規模較大的鍊鐵廠。雖然當時羅巴克已近50歲，但對科學技術的新發明仍然傾注著極大的熱情。他對當時只有三十來歲的瓦特的新裝置很是讚許，當即與瓦特簽訂合同，贊助瓦特進行新式蒸汽機的試製。

　　從1766年開始，在三年多的時間裡，瓦特克服了在材料和工藝等各方面的困難，終於在1769年製出了第一臺樣機。同年，瓦特因發明冷凝器而獲得他在革新紐可門蒸汽機的過程中的第一項專利。第一臺帶有冷凝器的蒸汽機雖然試製成功了，但它同紐可門蒸汽機相比，除了熱效率有顯著提高外，在作為動力機來帶動其他工作機的效能方面仍未取得實質性進展。就是說，瓦特的這種蒸汽機還是無法作為真正的動力機。

　　拓展：簡介

　　詹姆斯•瓦特***1736年～1819年***是英國著名的發明家，是第一次工業革命時的重要人物。1776年製造出第一臺有實用價值的蒸汽機。這種蒸汽機以後又經過一系列重大改進，成為了“萬能的原動機”，在工業上得到廣泛應用。瓦特開闢了人類利用能源的新時代，標誌著工業革命的開始。後人為了紀念這位偉大的發明家，把功率的單位定為“瓦特”。

　　實際上瓦特並不是第一個發明蒸汽機的人。公元1世紀，亞歷山大•希羅曾設計過類似的機器。1698年，湯姆斯•薩威利獲得了用蒸汽機抽水的專利權。1712年英國人湯姆斯•牛考門獲得了稍加改進的蒸汽機的專利權。牛考門蒸汽機效率非常低，只能用於煤礦排水。

　　1764年，瓦特在修理一臺牛考門蒸汽機時，就對這種機器發生了興趣。瓦特所做的第一項重大革新就是增加一個獨立的凝汽室，並於1769年獲得專利權。他還使蒸汽缸與外界絕緣，又於1782年發明了雙動發動機。連同一些較小的革新一起，這些發明使蒸汽機的效率至少提高了四倍。1781年，瓦特還發明瞭一套齒輪，從而使蒸汽機的往復運動變換成為旋轉運動，這套齒輪使蒸汽機的用途更加廣泛。瓦特又發明了自動調節蒸汽機運轉速度的離心式調速器***1788年***、壓力計***1790年***、計數器、示功器、節流閥以及許多其他儀器。

　　瓦特本人沒有很好的經商頭腦。但是他在1775年同一個非常能幹的商人、工程師馬婁•布林頓合股成立了瓦特—布林頓公司。該公司生產了大量的蒸汽機，他們倆也都成了富翁。

　　1800年，瓦特的專利與布林頓的合作到期，他於同年退休。但他們的合作延續到下一代，馬修•布林頓與小詹姆斯•瓦特繼續合作，同時吸收了威廉•默多克為合夥人，保證了公司的持續成功。

　　瓦特退休後曾與他的第二任妻子到法國與德國旅行，並且在威爾士購買了一所住宅。1819年8月25日，83歲的瓦特於英國斯塔福德郡漢茲沃斯的家中去世。

　　在瓦特的訃告中，對他發明的蒸汽機有這樣的讚頌：“它武裝了人類，使虛弱無力的雙手變得力大無窮，健全了人類的大腦以處理一切難題。它為機械動力在未來創造奇蹟打下了堅實的基礎，將有助並報償後代的勞動。”

　　改良後的蒸汽機生產推廣

　　由於瓦特的這種蒸汽機仍不夠理想，銷路並不廣。當瓦特繼續進行探索時，羅巴克本人已瀕於破產，他又把瓦特介紹給了自己的朋友、工程師兼企業家博爾頓，以便瓦特能得到贊助繼續進行他的研製工作。博爾頓當時經四十多歲，是位能幹的工程師和企業家。他對瓦特的創新精神表示讚賞，並願意贊助瓦特。博爾頓經常參加社會活動，他是當時伯明翰地區著名的科學社團“圓月學社”的主要成員之一。參加這個學社的大多都是本地的一些科學家、工程師、學者以及科學愛好者。經博爾頓的介紹，瓦特也參加了圓月學社。在圓月學社活動期間，由於與化學家普列斯特列等交往，瓦特對當時人們關注的氣體化學與熱化學有了更多的瞭解，為他後來參加水的化學成分的爭論奠定了基礎。更重要的是，圓月學社的活動使瓦特進一步增長了科學見識，活躍了科學思想。瓦特自與博爾頓合作之後即在資金、裝置、材料等方面得到大力支援。瓦特又生產了兩臺帶分離冷凝器的蒸汽機，由於沒有顯著的改進，這兩臺蒸汽機並沒有得到社會的關注。這兩臺蒸汽機耗資巨大，使博爾頓也瀕臨破產，但他仍然給瓦特以慷慨的贊助。在他的支援下，瓦特以百折不撓的毅力繼續研究。自1769年試製出帶有分離冷凝器的蒸汽機樣機之後，瓦特就已看出熱效率低已不是他的蒸汽機的主要弊病，而活塞只能作往返的直線運動才是它的根本侷限。1781年，瓦特仍然在參加圓月學社的活動，也許在聚會中會員們提到天文學家赫舍爾在當年發現的天王星以及由此引出的行星繞日的圓周運動啟發了他，也許是鐘錶中的齒輪的圓周運動啟發了他。他想到了把活塞往返的直線運動變為旋轉的圓周運動就可以使動力傳給任何工作機。同年，他研製出了一套被稱為“太陽和行星”的齒輪聯動裝置，終於把活塞的往返的直線運動轉變為齒輪的旋轉運動。為了使輪軸的旋軸增加慣性，從而使圓周運動更加均勻，瓦特還在輪軸上加裝了一個火飛輪。由於對傳統機構的這一重大革新，瓦特的這種蒸汽機才真正成為了能帶動一切工作及的動力機。1781年底，瓦特以發明帶有齒輪和拉桿的機械聯動裝置獲得第二個專利。

　　由於這種蒸汽機加上了輪軸和飛輪，這時的蒸汽機在把活塞的往返直線運動轉變為輪軸的旋轉運動時，多消耗了不少能量。這樣，蒸汽機的效率不是很高，動力不是很大。為了進一步提高蒸汽機的效率，增大蒸汽機的效率，瓦特在發明齒輪聯動裝置之後，對汽缸本身進行了研究，他發現，他雖然把紐可門蒸汽機的內部冷凝變成了外部冷凝，使蒸汽機的熱效率有了顯著提高，但他的蒸汽機中蒸汽推動活塞的衝程工藝與紐可門蒸汽機沒有不同。兩者的蒸汽都是單項運動，從一端進入、另一端出來。他想，如果讓蒸汽能夠從兩端進入和排出，就可以讓蒸汽即能推動活塞向上運動又能推動活塞向下運動。那末，他的效率就可以提高一倍。1782年，瓦特根據這一設想，試製出了一種帶有雙向裝置的新汽缸。由此瓦特獲得了他的第三項專利。把原來的單項汽缸裝置改裝成雙向汽缸，並首次把引入汽缸的蒸汽由低壓蒸汽變為高壓蒸汽，這是瓦特在改進紐可門蒸汽機的過程中的第三次飛躍。通過這三次技術飛躍，紐可門蒸汽機完全演變為了瓦特蒸汽機。

　　從最初接觸蒸汽技術到瓦特蒸汽機研製成功，瓦特走過了二十多年的艱難歷程。瓦特雖然多次受挫、屢遭失敗，但他仍然堅持不懈、百折不回，終於完成了對紐可門蒸汽機的三次革新。使蒸汽機得到了更廣泛的應用，成為改造世界的動力。

　　改良後的蒸汽機歷史貢獻

　　對蒸汽機的重要性無論怎樣估計都不為過分。當然在工業革命中出現了許多其他發明，如在採礦，冶煉和許多工業機械等方面都有所發明。其中的幾項發明如滑輪梭子***約翰·凱，1733年***和勒尼紡紗機***詹姆斯·哈格瑞夫斯法，1764年***皆出在瓦特著手之前。其他發明中的大多數只代表了小改小革，沒有哪一項能單獨地對工業革命起舉足輕重的作用。然而蒸汽機則不同，它起著關鍵性的作用，沒有它，工業革命就會面目全非。在它之前雖然風車和水輪有一定的用途，但是主要的動力源一向是人的肌體，這個因素嚴重地限制了工業生產力。隨著蒸汽機的發明，這條限制消除了。現在有了可供生產使用的巨大能量，生產也就隨之有了巨大的增長。1973年禁運石油使我們認識到缺乏能量會多麼嚴重地阻礙工業的發展，這個經歷會使我們粗淺地認識到瓦特的發明對工業革命的重要意義。

　　蒸汽機除了作為工廠動力來源外，還有許多其他重要的應用。1783年馬貴斯·朱費羅伊·達班斯成功地使用蒸汽機驅動船的航行。1804年理查德，特利維西剋制造出第一臺蒸汽機車。不過這兩種機型從經濟上來看都不是成功的。然而數十年之內，輪船和鐵路使水陸交通都發生了革命。