蒸汽機是18世紀影響世界的一項偉大發明，引發了技術革命，具有社會歷史意義和科學進步意義。而瓦特對蒸汽機的改進是一次非常重要的標志性事件。

在瓦特之前，紐科門蒸汽機已經得到了小具規模的應用，但紐科門蒸汽機還有著很多方面的不足。如燃料利用率過低等，其工作原理很簡單，是建立在當時兩個得以驗證的科學原理上的。其一是大氣具有重壓作用，從而使空氣對凡是已將它排除的空間就無孔不入。早期的自然科學家們曾把這種結果，用一言以蔽之即“大自然憎惡真空存在”。其二，法國人丹尼斯·帕平（1647—1714）發明了一個制造真空的好方法，只要在一個密封容器內充滿了蒸汽，那么空氣就會被排出，而當這個密封容器冷卻后，里面就會產生真空，因為蒸汽凝聚成水后所占的地方，只是密封容器全部容積中很小的一部分。這個原理也被紐科門用在了蒸汽機上。

1764年，學校請瓦特修理一臺紐科門式蒸汽機，不難想象，瓦特對于這一突如其來的天賜良機感到喜出望外，精神振奮。他通過閱讀資料，獲得了知識，這就使他很快能讓這臺發動機運轉起來，但是他對這臺發動機的運轉情況卻很感失望。因為這種蒸汽機存在兩大缺點：活塞動作不連續而且慢；蒸汽利用率低，浪費原料。

 

瓦特改良蒸汽機

 

對于燃料利用率低下的問題，瓦特早就讀過關于這一方面的權威性論述，其中指出，汽缸經噴注水冷卻以后，要不斷被重新加熱，在此期間，以蒸汽形式產生并使用的部分熱量便被浪費掉了。這臺發動機模型耗費的蒸汽如此之多，以至超出了那只使之運轉的小鍋爐的能力，而一次只能完成幾個沖程而已。此后，瓦特開始思考改進的辦法。

1765年春天，瓦特在一次散步時突然靈光一閃，既然紐可門蒸汽機的熱效率低是蒸汽在缸內冷凝造成的，那么為什么不能讓蒸汽在缸外冷凝呢？瓦特產生了采用分離冷凝器的最初設想。

瓦特的這一重大構思就這樣形成了，他急得手指發癢，躍躍欲試，想先搞出模型來，就在第二天，他便開始動手制造了一個裝置，盡管這個裝置設計簡單、制作粗糙，但卻能夠使他對他的新理論進行檢驗。現在同瓦特的其他的一些模型一起保存在科學博物館里的這個裝置，被認為是分離式冷凝器原理的第一次歷史性的應用。

這個裝置是由三個直立排列的圓筒狀主要部件組成的。首先是一個裝有保溫套的封閉式蒸汽汽缸，另外還配有一個活塞和一個活塞桿，這個活塞桿的下端通過一個填料函伸出來，頭上帶有一個掛鉤，用來提升供試驗的重物。這個汽缸的旁邊是冷凝器部件和氣泵筒，這兩個部件在其底部，由一個作為冷凝器一部分的長方形水箱把它們連接在一起。

瓦特首先往冷凝器里倒冷水。然后，他使蒸汽通過一條管子以及與汽缸頂部相連接的管子注入汽缸，里面要排除的空氣便從冷凝器頂上一個簡單的單向閥泄出。當蒸汽開始從這個閥門噴出時，就表明汽缸里已經充滿了蒸汽。于是關閉蒸汽開關，氣泵活塞便升起，在冷凝器里造成部分真空。這就使得蒸汽從汽缸進入了冷凝器，并在這里通過冷卻，水得到冷凝，這樣就在活塞上部的汽缸里造成了真空。由于在蒸汽缸套里處于大氣壓下的蒸汽是與活塞下面的汽缸相通的，所以必然會把活塞推向汽缸頂部。當蒸汽再次進入汽缸頂部時，活塞兩面的壓力便均衡了，結果，加在活塞桿上的重壓就會使活塞再次返回底部。于是，這種循環就又開始了。

顯然，這個小模型用這種方式只能運轉幾個沖程而已，因為冷凝器里的水很快就會變得太熱，從而無法使蒸汽有效地冷凝下來。不過這運轉幾個沖程，就足以向這位歡欣鼓舞的發明家證明：他的設想是行得通的；他使兩種看來互相對立的條件一致起來，即既要保持汽缸的恒熱，又要在汽缸里造成有效的真空。

瓦特在證實了自己的觀點之后，他的當務之急便是設計和制造一個高效率的冷凝器。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于紐可門蒸汽機，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。

此后三年多的時間里，瓦特克服了材料和工藝等各方面的困難，終于在1769年制出第一臺樣機。同年，瓦特因這種帶有分離冷凝器的蒸汽機而獲得他的第一項蒸汽機專利。

 

 

自1769年試制出帶有分離冷凝器的蒸汽機樣機后，瓦特就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根本局限。經過十年如一日的研究，1781年底，瓦特因帶有齒輪和拉桿的機械聯動裝置獲得第二項蒸汽機專利。

然而瓦特并沒有停住革新的腳步，1782年，瓦特設計了一種帶有雙向裝置的新汽缸，并獲得第三項蒸汽機專利。瓦特把原來的單向汽缸裝置改裝成雙向汽缸，并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曼蒸汽機的過程中的第三次飛躍。通過三次技術飛躍，紐可曼蒸汽機進化成瓦特蒸汽機。

這種高效率的蒸汽機很快取代了舊式的蒸汽機，從此，動力機、傳動機和工作機組成了機器生產系統，成為工業化的核心。 由于瓦特對蒸汽機進行了革命性的改造，所以人們認為是他發明了第一臺有實用價值的蒸汽機，為了紀念他的偉大發明，人們把功率計算單位稱為——“瓦特”。

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瓦特的創舉 分離式冷凝器

圖文簡介

蒸汽機是18世紀影響世界的一項偉大發明，引發了技術革命，具有社會歷史意義和科學進步意義。