1、 推動世界的蒸汽推動世界的蒸汽近代蒸汽動力技術(shù)的產(chǎn)生,主要源于當(dāng)時的社會生產(chǎn)的直接推動和當(dāng)時的實驗科學(xué)的長期孕育。英國資產(chǎn)階級革命為資本主義的發(fā)展掃清了道路，在工廠手工業(yè)的迅速發(fā)展中，社會需要促使了早期蒸汽機(jī)的問世。在十六世紀(jì)末和十七世紀(jì)初，包爾塔進(jìn)行了蒸汽壓力實驗，托里拆利和巴斯噶等進(jìn)行了大氣壓力實驗，那末格里凱進(jìn)行了真空作用實驗。這三大實驗基礎(chǔ)的相繼形成，使人們得以從實驗上開始認(rèn)識蒸汽、大氣和真空的相互作用。而這些重大的實驗成果也就為早期蒸汽動力技術(shù)的產(chǎn)生奠定了牢固的實驗科學(xué)基礎(chǔ)。最先把蒸汽動力技術(shù)的設(shè)想付諸實施的，是法國著名物理學(xué)家、工程師巴本（Denis Papin 1647-1712

2、）。從1674年開始，巴本即致力于蒸汽泵的實驗設(shè)計。經(jīng)過一段時間的實驗研究與理論探索，他從歐洲當(dāng)時的煉鐵場廣泛使用的那種活塞式風(fēng)箱中受到啟發(fā)，認(rèn)為有可能把風(fēng)箱變?yōu)槠祝扬L(fēng)箱中的活塞變?yōu)槠字械幕钊?。在實驗時，他先將汽缸的底部注入少量的水，再把汽缸放到火上加熱。當(dāng)汽缸內(nèi)的水沸騰后，蒸汽即推動活塞慢慢上升；然后，又把火從汽缸下抽掉，汽缸內(nèi)的蒸汽即慢慢冷凝。由于蒸汽的冷凝，汽缸內(nèi)產(chǎn)生真空，在大氣壓力的推動之下，活塞又慢慢下降。通過這一實驗，使巴本認(rèn)識到，利用蒸汽壓力、大氣壓力、真空作用的交互作用，完全可以推動汽缸內(nèi)的活塞及其活塞桿作往返的直線運動。而這種運動所產(chǎn)生的機(jī)械動力可以帶動其他機(jī)械的運動

3、。在發(fā)明帶有活塞的蒸汽泵之后，考慮到蒸汽壓力大可能會使汽缸爆炸，巴本又在1680年發(fā)明了安全閥。這樣，第一臺可以把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的實驗型的蒸汽泵，就于1680年在英國試驗成功了。繼巴本之后，在近代蒸汽動力技術(shù)的發(fā)展中作出重要貢獻(xiàn)的是英國機(jī)械工程師賽維利（T.Savery 1650-1715）。賽維利的蒸汽泵的設(shè)計原理源于包爾塔的蒸汽力原理。他的蒸汽泵的主要構(gòu)件，是汽缸與鍋爐。賽維利的汽缸與巴本的汽缸很不相同。賽維利的汽缸未采用活塞，只是在其中接有吸水管、排水管和進(jìn)汽管。當(dāng)蒸汽從鍋爐經(jīng)過汽管進(jìn)入汽缸后即使這部分蒸汽冷卻，而冷卻后造成的真空就把礦井中的水從吸水管中吸進(jìn)來，此時再將蒸汽注入汽缸，這

4、部分進(jìn)入汽缸的蒸汽所產(chǎn)生的壓力就把水從排水管中排放出來。后來，賽維利研究了巴本的蒸汽泵，在他的蒸汽泵中也采用了安全閥。1695年，賽維利制造出了幾臺這樣的蒸汽泵。這是近代蒸汽動力技術(shù)的第二次突破。后來，紐可門研究了賽維利蒸汽泵，他認(rèn)為賽維利蒸汽泵有兩大缺點。一大缺點是熱效率太低。紐可門在設(shè)計上作了重要革新：他不讓冷卻水直接進(jìn)入汽缸，而是把冷卻水通過一個細(xì)小的龍頭向汽缸內(nèi)進(jìn)行噴濺。另一大缺點是賽維利蒸汽泵基本上還是一種水泵，而不是典型的動力機(jī)。針對這一點，他在賽維利蒸汽泵中引入了巴本的活塞裝置，這樣蒸汽壓力、大氣壓力和真空即可在交互作用下推動活塞裝置，蒸汽壓力、大氣壓力和真空即可在交互作用下推動

5、活塞作往復(fù)式的機(jī)械運動。而這種機(jī)械運動一旦傳遞出去蒸汽泵也就成為了蒸汽機(jī)。由于進(jìn)行了上述三次研究和革新，一臺近代蒸汽機(jī)的完整藍(lán)圖基本上設(shè)計出來了。1705年，紐可門、考利和賽維利一道，終于試制出了第一臺真正算得上是動力機(jī)的蒸汽機(jī)。從巴本蒸汽泵到紐可門蒸汽機(jī)的早期蒸汽動力技術(shù)的發(fā)展，已最初向人類社會預(yù)告了即將興起的第一次工業(yè)革命的信息，特別是預(yù)告了蒸汽時代的即將到來。 在工業(yè)革命中，大量的發(fā)動機(jī)被應(yīng)用，這促使作為機(jī)械員的瓦特對改進(jìn)蒸汽機(jī)產(chǎn)生了興趣。瓦特自1764年開始改進(jìn)紐可門蒸汽機(jī)的工作。他回憶說：當(dāng)年格拉斯哥大學(xué)把修理一臺紐可門蒸汽機(jī)的任務(wù)交給我。在修理的過程中，我深感它的不足，所以決心動手

6、研制一種性能較好的蒸汽機(jī)。 瓦特當(dāng)時告訴記者，紐可門蒸汽機(jī)有兩大缺點：燃料耗量大而效率低，另外就是它只能作往返的直線動作。因此，除了用于礦井抽水之外，紐可門蒸汽機(jī)沒有其他用途了，而它浪費的蒸氣可達(dá)八成以上。經(jīng)過一番努力，瓦特發(fā)現(xiàn)了紐可門蒸汽機(jī)效率低的原因與解決方法：既然蒸汽具有彈性，只要把汽缸和另一個容器相連接，讓蒸汽接入其中，就不需一再冷卻汽缸，浪費了許多熱量了。瓦特緊接著設(shè)計了一個與汽缸分離的冷凝器，并在汽缸外面加了絕熱套，使汽缸保持在高溫工作狀態(tài)。一臺運作正常的蒸汽機(jī)終于出爐了！在缺乏資金的情況下，瓦特當(dāng)時向一名工廠老板貸款，但由于機(jī)件陳舊不合標(biāo)準(zhǔn)，冷凝器因蒸汽機(jī)不斷從活塞旁漏汽而無法正

7、常操作，使得工廠老板停止對他的資助。幸好瓦特得到著名鐵商博爾頓的賞識，出資與他成立了博爾頓-瓦特公司，讓他在無后顧之憂的情況下，專心從事蒸汽機(jī)的實驗和生產(chǎn)。瓦特在新設(shè)計的蒸汽機(jī)上安裝曲軸、連桿等器件，使它更為自動化。這些重大的改進(jìn)，使工廠和交通運輸?shù)确矫娑寄苁褂谜羝麢C(jī)。因此蒸汽動力的巨大潛能被逐漸的發(fā)掘了出來。 紐可門蒸汽機(jī)問世以后，就被廣泛的應(yīng)用于社會生產(chǎn)的各個行業(yè)。但是在世界上引起重大變革的是瓦特蒸汽機(jī)。 當(dāng)然，瓦特蒸汽機(jī)的歷史影響是在它問世后半個多世紀(jì)內(nèi)逐漸發(fā)生的。然而，它的歷史影響正是以它的發(fā)明問世為歷史起點的。從八十年代初開始，以蒸汽機(jī)為主要標(biāo)志的第一次工業(yè)革命，首先在英國，然后在西

8、方各國迅猛發(fā)展起來。在生產(chǎn)方式上，瓦特蒸汽機(jī)的發(fā)明，為最終實現(xiàn)由工場手工業(yè)向機(jī)器大工業(yè)的變革提供了強(qiáng)大的杠桿。自此之后，首行在英國，其后在法國、德國、荷蘭、瑞典等國家，都先后實現(xiàn)了由工場手工業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器大工業(yè)的這場生產(chǎn)方式的大變革。由于生產(chǎn)方式的變革，整個社會生產(chǎn)面貌也為之一新。當(dāng)瓦特蒸汽機(jī)革新成功以后，英國當(dāng)時正急切需要動力的第一次工業(yè)革命得到了適用廣泛的強(qiáng)大的動力機(jī)，從此，第一次工業(yè)革命以更加迅猛的聲勢向前發(fā)展。采礦業(yè)，紡織業(yè)和冶金業(yè)是當(dāng)時的工業(yè)革命的主要行業(yè)。在采礦業(yè)中，1783年，英國著名的康沃爾采礦中心的所有紐可門蒸汽機(jī)幾乎全部為瓦特蒸汽機(jī)的取代。隨后，在其他金屬礦區(qū)、在煤礦，原有的

9、紐可門蒸汽機(jī)也相繼被瓦特蒸汽機(jī)所取代。在紡織業(yè)中，1785年，諾定昂郡建立了英國的第一座蒸汽紡織廠。由于采用瓦特蒸汽機(jī)作為原動機(jī)，使紡織廠打破了必須建在河谷地區(qū)的地理條件的限制，使紡織業(yè)的發(fā)展進(jìn)入了一個新的時期。在冶金業(yè)中，從1790年開始，許多煉鐵廠相繼采用蒸汽機(jī)來開動更大的鼓風(fēng)機(jī)，來為更大的高爐提供更大的風(fēng)力。在此之前，煉鐵工人達(dá)比已在1780年發(fā)明焦炭煉鐵法。新的燃料加上新的動力，使高爐越建越大，產(chǎn)量越來越高。1788年，英國的生鐵產(chǎn)量為61300噸，而在各煉鐵廠相繼采用蒸汽機(jī)后，到了1796年，英國的生鐵產(chǎn)量即猛增到125000噸。由于社會生產(chǎn)對瓦特蒸汽機(jī)制需求量越來越大，這也使以蒸汽

10、機(jī)的制造為主體的機(jī)器制造業(yè)也隨之發(fā)展起來。自此之后，車床、刨床、鉆床、磨床等各種機(jī)床制造工業(yè)以及紡織，采礦、冶金、運輸?shù)雀鞣N工種工作機(jī)的制造業(yè)也相應(yīng)地發(fā)展起來。以農(nóng)業(yè)機(jī)械為例，在十八世紀(jì)末和十九世紀(jì)初，在英國的許多大農(nóng)場就相繼出現(xiàn)了播種機(jī)、收割機(jī)、打谷機(jī)、割草機(jī)等多種農(nóng)業(yè)機(jī)械。盡管這些最農(nóng)業(yè)機(jī)械都是以人力或畜力為動力的，但它們卻是瓦特蒸汽機(jī)在推動第一次工業(yè)革命的深入發(fā)展中結(jié)出的技術(shù)果實。這說明，第一次工業(yè)革命的風(fēng)暴不但在工業(yè)領(lǐng)域迅速發(fā)展，而且迅速地波及到工業(yè)以外的其他領(lǐng)域。另外，在科學(xué)技術(shù)上，在生產(chǎn)關(guān)系上，瓦特蒸汽機(jī)的發(fā)明也起到了重要作用。瓦特蒸汽機(jī)的發(fā)明，第一次大規(guī)模地把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，這就直接推動了科學(xué)、熱力學(xué)和能量轉(zhuǎn)化方面的基礎(chǔ)理論的研究，同時了直接推動