[发明的故事](48)---瓦特发明蒸汽机
瓦特发明蒸汽机
瓦特(1736~1819),英国著名的发明家,生于英国造船中心格拉斯哥附近的格林诺克小镇。他的父亲当过造船工人,祖父叔父都是机械工人,由于家庭的影响,瓦特从小就熟悉了许多机械原理和制作技术。
瓦特是一个智慧非凡的孩子,他勤奋好学,勇于探索,对发明创造最感兴趣。有一天父亲的朋友前来做客,正好看到小瓦特坐在炉子旁边发呆,手里拿着笔和纸,地上有许多画过的图。他好心地说:“小瓦特应该上学了,别光在家用玩耍来打发宝贵的时光了。”父亲莞尔一笑,说:“谢谢你,我的朋友。不过,你还是看看我的儿子在玩什么吧……”原来,小瓦特在设计各种各样的玩具,还画了许多图样,这年小瓦特才刚好6岁整,客人吃惊地说:“这孩子真了不起!”
又有一次,家里人全出去了,只留下瓦特一个看门。他呆呆地看着炉子上烧水的茶壶。水快烧开了,壶盖被蒸汽顶起来,一上一下地掀动着……他想:这蒸汽的力量好大啊。如果能制造一个更大的炉子,再用大锅炉烧开水,那产生的水蒸汽肯定会比这个大几十倍、几百倍。用它来做各种机械的动力,不是可以代替许多人力吗?这就是后来人们传说中的“瓦特发明蒸汽机”的故事。小瓦特是这样设想过,只不过真正试制蒸汽机,却是后来的事情。
小瓦特为搞发明创造,发愤学习科学知识。他13 岁开始学习几何学;15岁读完了《物理学原理》;17岁开始当学徒工。此后,他才真正投入了蒸汽机的研制和发明,一发而不可收。
1757年瓦特到格拉斯哥大学当教学仪器修理工。那里既有完备的实验设施和各种仪器,又有许多著名学者和专家,这些都给瓦特提供了极其有利的条件。学校还专门为他创办了实验车间。1769年,瓦特在大量试验的基础上,经过了无数次失败,终于制成了蒸汽机,并且获得了蒸汽机的专利权。
瓦特蒸汽机,简单说,就是气缸和换汽阀,蒸汽推动活塞在气缸之内做反复运动,通过连杆带动飞轮旋转,将往复运动变为圆周运动,而飞轮反过来又带动换汽阀,改变活塞两次的进气与排气关系,实现机械自动换向,来维持机器连续运行。
蒸汽机原理
瓦特的创造性工作使蒸汽机迅速地发展,他使原来只能提水的机械,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。
自18世纪晚期起,蒸汽机不仅在采矿业中得到广泛应用,在冶炼、纺织、机器制造等行业中也都获得迅速推广。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,加速了资金的积累,并对运输业提出了迫切要求。
在船舶上采用蒸汽机作为推进动力的实验始于1776年,经过不断改进,至1807年,美国的富尔顿制成了第一艘实用的明轮推进的蒸汽机船“克莱蒙”号。此后,蒸汽机在船舶上作为推进动力历百余年之久。
1800年,英国的特里维西克设计了可安装在较大车体上的高压蒸汽机。1803年,他把它用来推动在一条环形轨道上开动的机车,找来喜欢新奇玩意儿的人乘坐,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进,于1829年创造了“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。
蒸汽机的发展在20世纪初达到了顶峰。它具有恒扭矩、可变速、可逆转、运行可靠、制造和维修方便等优点,因此曾被广泛用于电站、工厂、机车和船舶等各个领域中,特别在军舰上成了当时唯一的原动机。
蒸汽机模型