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提起蒸汽机,人人都知道那是瓦特发明的,但这并不等于在瓦特之前就没有使用蒸汽的机械。其实,蒸汽机的发明也经历了一个产生,发展和连步完善的过程。 传说,古埃及早在公元前2世纪便出现了利用蒸汽驱动球体的机械装置,只是年代大过久远,具体情况已无从考证。又有记载说公元1世纪,古希腊发明家希罗曾用蒸汽做动力开动玩具,大画家达·芬奇也用画笔描绘过用蒸汽开动大炮的情景。 较为确切地使用蒸汽作动力还应是从近代开始。1698年,英国工程师萨弗里发明了使用蒸汽驱动的抽水机。1712年,英国的纽科门发明了效率更高的蒸汽机,可以用活塞把水和冷凝蒸汽隔开。事实上,瓦特发明蒸汽机就是从改进纽科门蒸汽机开始的。 纽科门蒸汽机在生产领域的广泛使用,激起了人们的关注,这其中当然也包括詹姆士·瓦特。机会只青睐有准备的人,而瓦特就是这样一个有准备的人。 詹姆士·瓦特,1736年1月19日出生于苏格兰的格拉斯哥市附近的师家庭。他从小就迷恋机械制造。由于家道中落,瓦特中学刚毕去伦敦学习制造机械的手艺。他天资聪颖又勤奋刻苦,用1年时间心会了别人用4年才能学会的技艺。然后瓦特在家乡的格拉斯哥大学谋一一份仪器修理师的差事。 瓦特借修理教学仪器的机会结识了许多科学家,如布莱克教授和罗比逊等人,经常与他们一起探讨仪器、机械方面的问题。1764年的天,格拉斯哥大学的一台纽科门蒸汽机模型送到瓦特这里要求修理。瓦特不但修好机器,还对机械的构造和工作原理产生极大的兴趣。他找到了布莱克教授,与之共同研究减少纽科门蒸汽机耗煤量，提高其效率的方案。后来瓦特发现纽科门蒸汽机的汽缸和冷凝器没有分开,造成了热能的极大浪费,找到了症结之后,瓦特便开始改造纽科门蒸汽机的试验。 他筹措了一些资金,租了一间实验室,开始试制具有冷热两个容器的蒸汽机。他想,这样一来负责做功的汽缸始终是热的,而蒸汽冷凝的过程在另一个容器中完成,如此便可避免同一汽缸反复冷热交替,节约了热能。经过多次实验、多次失败,瓦特最终完成了一台具有实用价值的单作用式蒸汽机,并申请了专利保护。 为了在更大范围内推广自己的新发明,瓦特用自己设计的蒸汽机与纽科门蒸汽机当众比赛抽水。结果用同样多的煤,瓦特蒸汽机抽水量是纽科门蒸汽机的5倍。人们看到了瓦特蒸汽机的优势,纷纷以它替代了纽科门蒸汽机。 瓦特没有就此罢手,而是吸收了德国科学家利用进排气阀使汽缸往复运动的原理,用飞轮和曲拐把活塞的往复运动变成圆周运动,可惜该技术已被皮卡德抢先申请了专利权。但他另谋出路,用行星齿轮结构把往复运动变成了圆周运动,终于1781年10月获得了双作用式蒸汽机的专利权。 瓦特再接再厉,1784年用飞轮解决了转动的稳定性问题,获得了蒸汽机方面的第三个专利,两年以后他又着手进行蒸汽机配气结构,从而获得第四个专利。瓦特不间断地努力,还发明了压力表保证了机器运行的安全。最终于1794年彻底完成了双作用式蒸汽机的发明改造,因为这一年皮卡德专利期满,瓦特将行星齿轮结构改装为曲柄连杆结构,使蒸汽机达到比较完善的地步。 瓦特为了保护自己专利的收益权,多次与人对簿公堂。1781年洪布劳尔发明了“双筒蒸汽机”,瓦特认为其中引用了自己的专利就向法院提出控告,结果阻止了这一发明的推广。特列维迪克发明了高压蒸汽机”,瓦特也坚决反对,要求国会宣布其危险和非法。他的助手试验用蒸汽机来驱动客车,也得不到他的支持,直到晚年,瓦特都对蒸汽机车抱着敌视态度。 尽管如此,蒸汽机的发明与改良,使工业革命迅速展开,并波及美、德、法等国。瓦特为人类进步事业做出了不可磨灭的贡献,国际单位制中以“瓦特”作为功率单位就是为了纪念这位发明家 |
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