蒸汽机是谁发明的（蒸汽机的发明故事简介）

我们从小就听过一个故事，就是瓦特在厨房里看祖母做饭，灶上坐着一壶开水，开水在沸腾，壶盖“啪啪啪啪”地作响，不停地往上跳动。瓦特观察了好半天，感到很奇怪，猜不透这是什么缘故，就问祖母：“是什么使得壶盖跳动呢？”祖母回答说：“水开了就这样啊！”瓦特没有满足，又追问：“为什么水开了壶盖会跳动呢？是什么东西推动了它吗？”可能是祖母回答不出来，就训了他说：“小孩子别瞎问”。最后通过瓦特坐在火炉旁边细心观察，发现是壶里的蒸汽冒出来，推动着壶盖跳动。根据这一原理，瓦特发明了蒸汽机，推动了工业革命的发展。

蒸汽机的由来

其实这个故事不是真实的，蒸汽机在瓦特之前很早就出现了，世界上第一台蒸汽机是古希腊数学家希罗发明的气转球，它是蒸汽机的雏形。

气转球

17世纪末，英国急需燃料的需求，煤矿开采的规模越来越大，但开采煤矿后的矿井有大量的积水，这对继续开采造成了很大的困难。为了解决这个问题，1698年，英国工程师萨维利在抽水机的原理基础上，发明了把动力装置和排水装置结合一起的蒸汽泵，制造出了第一台用蒸汽作为动力的抽水机。

萨维利蒸汽泵

萨维利的蒸汽机是怎么运行的呢？它是将一个蛋形容器先装满蒸汽，然后关闭进气阀，在容器外喷淋冷水，使容器内蒸汽冷凝而形成真空。打开进水阀，矿井底的水受大气压力作用经进水管吸入容器中；关闭进水阀，重开进水阀，靠蒸汽压力将容器中的水经排气阀压出。待容器中的水被排空而充满蒸汽时，关闭进气阀和排水阀，重新喷水使蒸汽冷凝，如此反复循环，用两个蛋形容器交替工作，可实现连续排水。

纽科门蒸汽机

萨维利的蒸汽泵有两大缺点：一是热效率低，原因是蒸汽冷凝是通过向气缸内注入冷水实现的，从而消耗了大量的热量；二是不能称为动力机，基本上就是一个水泵，原因是没有活塞，无法将煤的能量转变为机械力，从而不可能成为其他工作机的动力机。1705年，英国工程师纽科门总结了萨维利蒸汽机的优缺点，设计并制成了一种更为实用的蒸汽机，称纽科门蒸汽机。纽科门将气缸和锅炉分开，使蒸汽在锅炉中生成以后，由管道送入气缸。这样，一方面由于锅炉的容积大于气缸容积，可以输送更多的蒸汽，提高功率；另一方面，由于锅炉和气缸分开，发动机部分的制造就相比较容易。纽科门引入了活塞，使蒸汽压力推动活塞做往复式机械运动。所以纽科门蒸汽机真正成为了一种动力机。所以纽科门的蒸汽机在实际生产中得到了广泛应用。

纽科门蒸汽机

瓦特和蒸汽机

纽科门蒸汽机虽然得到了广泛应用，但是蒸汽利用效率低，浪费原料。瓦特认为蒸汽机的热效率低是因为蒸汽在缸内冷凝造成的，所以瓦特有了让蒸汽机在缸外冷凝的设想。于是，瓦特设计一种带有分离冷凝器的蒸汽机。按照设计，冷凝器与气缸之间用一个调节阀门相连，使它们既能连通又能分开。这既能够把做功后的蒸汽引入气缸外的冷凝器，又可以使汽缸内产生同样的真空，避免了汽缸在一冷一热过程中的热量消耗。

将设计变为实物并不是一件容易的事。瓦特根据设计辛辛苦苦造出了几台蒸汽机，但是四处漏气，无法开动。但是瓦特没有放弃，瓦特克服了在材料和工艺等各方面的困难，终于在1769年制造出了第一台样机，并且试运行成功。但瓦特的蒸汽机同纽科门蒸汽机相比，除了热效率提高以外，并没有太大的优势，蒸汽机还停留在抽水作业上，用户并没有太大的兴趣，瓦特也因此没有获得订单。

瓦特蒸汽机样机

后来瓦特加入一些学社，在与一些专业人士交流学习以后，瓦特增长了知识，也活跃了思维。瓦特渐渐意识到热效率低并不是蒸汽机效率低的主要原因，而是活塞只能作往返的直线运动。瓦特根据行星绕月的圆周运动，他研制出了一套为“太阳和行星”齿轮联动装置，终于把活塞的往返直线运动转变为齿轮的旋转运动。为了使轮轴的旋轴增加惯性，瓦特还在轮轴上加装一个飞轮，从而使圆周运动更加均匀。瓦特的这一发明使蒸汽机成为了能带动一切工作机的动力机。

瓦特改良的蒸汽机

瓦特改良的蒸汽机开始得到迅速发展，从矿井中走出来开始进入工厂，得到普遍应用。瓦特还是坚持不断改良自己的蒸汽机，单向气缸换成双向装置的气缸，使蒸汽在活塞两面都可以做功，提高了输出功率。又发明了离心调速器和节气阀，可以控制蒸汽机的速度，以适应不同场合作业的需要。经过瓦特的不断改良，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升，煤耗大大下降。蒸汽机开始在冶炼、纺织、机器制造等行业中得到迅速应用，推动着工业革命的发展。

虽然世界上利用蒸汽作为动力发明机器的第一人不是瓦特，但是瓦特对蒸汽机的贡献是不可估量的。瓦特改良过后的蒸汽机使蒸汽机作为一种动力机械被运用到各种生产中去，为人类社会做出了巨大的贡献，直接推进了人类的现代化进程。因此很多人认为瓦特的蒸汽机才是世界上第一台真正意义的蒸汽机，所以人们也将蒸汽机和瓦特紧紧联系到一起。为了纪念瓦特对蒸汽机发展做出的贡献，人们也将功率的单位命名为“瓦特”。