改良蒸汽机的牛人——瓦特(3)

2020-10-29 15:12
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18世纪英国发明家瓦特,改良了蒸汽机,推动了人类向工业时代大步前行。


(接上期)

4.蒸汽机的改良者

1764年,瓦特在一次维修任务中接触到了纽科门式蒸汽机。在修理纽科门式蒸汽机的过程中,他逐渐熟悉了蒸汽机的构造和原理,并且发现了这种蒸汽机存在两个非常大的缺点:第一,活塞动作不连续而且很慢,不能很好地使用蒸汽。而活塞动作不连续会导致蒸汽机在使用的过程中,会出现频繁的卡顿的情况。这就类似于我们乘坐的汽车,圆形的车轮是可以一直平稳转动的,但如果轮子的转动是转一圈停一下呢?就好像司机踩了一下油门,立即又踩了刹车,车就会忽快忽慢,在这种情况下,乘坐的人们也会感觉非常不适;第二:蒸汽利用率低,浪费原料。也就是说,这个蒸汽机在使用时非常浪费能源。就像一个漏油的发动机一样,即使已经给发动机准备了充足的燃料,可是因为这台发动机在不断的漏油,因此发动机真正用于工作的燃料就非常少,大部分都漏出去了,利用率非常低。


瓦特感觉这种蒸汽机使用起来太浪费了,因此他开始思考着如何对蒸汽机进行改良。

那么他对蒸汽机做了什么改进呢?


01第一次改良——安装冷凝器

第一步,他在蒸汽机上安装了冷凝器。在不断的思考过程中,瓦特发现旧式蒸汽机效率低的一大原因就是每次工作一段时间后,都要用冷水将汽缸冷却一次,而这个过程会消耗巨大的能量。

我们知道,蒸汽机其实就好像在烧开水,水烧开以后就会有蒸汽向上顶,蒸汽机就是利用这个力量来工作的。而汽缸就是用来盛放水的地方,蒸汽机每次好不容易把水烧开了,终于可以开始工作了,可是才工作没一会儿,就需要浇冷水把汽缸冷却掉。然而如果想要蒸汽机再次工作,又需要重新将汽缸内的水烧开,蒸汽机才能再次开始工作,如此往复循环,大部分的能量都被用于将汽缸内的水烧开了,用于工作的能量也就大大减少。

那么瓦特怎么解决这个问题的呢?他首先确定了冷却汽缸的目的:把蒸汽冷却重新变成水。那么能不能不把汽缸降温,就可以把蒸汽变成水呢?在产生这种设想以后,瓦特在同一年设计了一种带有分离冷凝器的蒸汽机。

根据瓦特的构想,这种新的蒸汽机的热效率将是老式纽科门蒸汽机的3倍。似乎这个问题就这样轻易地被解决了。可是实际上呢,瓦特辛辛苦苦造出了几台蒸汽机,效果反而不如纽科门的蒸汽机,甚至四处漏气,无法开动。他制作的蒸汽机甚至不能把蒸汽收集起来,蒸汽都跑掉了。

雪上加霜的是,在那个时代,制作一个蒸汽机是很昂贵的,瓦特的实验使他欠了很多债务。但他没有在困难面前退缩,他仍旧顶着巨大的压力继续进行试验。直到解决了他的蒸汽机漏气的问题,改良出了效率比旧式蒸汽机高得多的新式蒸汽机。而新式的蒸汽机也逐步被应用于各种工厂中。


02第二次改良——加隔热层添润滑油

瓦特在对蒸汽机进行了初步的改良后,并没有就此满足,仅仅用了3年时间,他就再次对蒸汽机进行了进一步的改良。他在汽缸的外面增加了隔热层,就像给汽缸穿上了一层厚衣服,汽缸的热量就不容易散发,这样在汽缸加热到一定程度后,维持温度需要消耗的能量就会减少,消耗减少也意味着效率的提高;不仅如此,瓦特还在其他地方做了改良,比如他将活塞装置中添加了润滑油。在机械结构中使用润滑油是非常常见的,我们也知道使用油是可以让机器运动的更加顺滑,不至于在工作过程中使机器磨损严重,但是在当时而言,瓦特的这一改进却是意义非凡,加入油润滑以后的机器损耗再次降低,效率在之前的基础上再次得到提升。工厂有了先进的机器,也有了充足的能源,由此,人类向着工业时代大步前行。

(待续)


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