導讀汽轉球是已知最早以蒸氣轉變成動力的機器，在一西元100年時由亞歷山大里亞的希羅(Hero)發明汽轉球主要是由一個空心的球和一個裝有水的密閉鍋子以兩個空心管子....

汽轉球是已知最早以蒸氣轉變成動力的機器，在一西元100年時由亞歷山大里亞的希羅(Hero)發明汽轉球主要是由一個空心的球和一個裝有水的密閉鍋子以兩個空心管子連接在一起，而在鍋底加熱使的水沸騰然后變成水蒸氣然后由管子進入到球中，最后水蒸氣會由球體的兩旁噴出并使得球體轉動汽轉球只是單純是一種新奇的玩物，并未予以任何實際應用，我來為大家科普一下關于為什么蒸汽機很少有了?以下內容希望對你有幫助!

為什么蒸汽機很少有了

汽轉球是已知最早以蒸氣轉變成動力的機器，在一西元100年時由亞歷山大里亞的希羅(Hero)發明。汽轉球主要是由一個空心的球和一個裝有水的密閉鍋子以兩個空心管子連接在一起，而在鍋底加熱使的水沸騰然后變成水蒸氣然后由管子進入到球中，最后水蒸氣會由球體的兩旁噴出并使得球體轉動。汽轉球只是單純是一種新奇的玩物，并未予以任何實際應用。

汽轉球

1681年帕平公布了他的第一項重要發明--"消化鍋"，這就是最初的高壓鍋。它利用密封容器中蒸汽壓力越大，水的沸點越高的原理，用鍋中的高壓高溫迅速將食物煮熟，節約了很多時間。帕平用"消化鍋"把排骨煮得象肉凍一樣，并請英國皇家學會會員們參加"科學會餐"，品嘗"消化鍋"的威力與成果。帕平被選為英國皇家學會會員。隨后，他設計了一種用大氣壓力驅動的發動機，但未能成功。此后他在意大利、英國、德國困苦輾轉。直到1687年，帕平40歲時才獲得正式職稱：德國馬爾堡大學數學教授。他深知自己的知識在機械方面大有用途，于是堅持研究、試驗，一年之內發明了離心泵，用于城市供水和礦井通風。

1690年，帕平研究蒸汽機，做了大量實驗，發表了論文，介紹蒸汽膨脹推動活塞運動，其后的冷凝形成真空。這篇論文成為此后各種氣體發動機的原理。帕平把原理結合實際應用，希望用蒸汽機開動船只，他曾經制成一只用蒸汽機通過齒輪傳動明輪葉以代替船槳的小船，但在德國富爾達河上試驗時，不幸被駁船撞壞。帕平想到倫敦是一個大港口，更需要新型船只，便從德國回到倫敦，這時他已年過六旬。

當時有個叫賽威爾的人，制成一臺蒸汽機，在皇家學會展出時，請帕平予以鑒定，帕平提出了重大的改進意見，但賽威爾不同意改進。于是帕平設計了新的蒸汽機，準備用來開動船只。帕平把一生精力和收入都用來進行科學研究，一生勤儉，一生貧困，只得請皇家學會給予支持。他要求給予15英鎊來改進鍋爐，試驗將證明帕平的蒸汽機比賽威爾的要優越得多。但是，賽威爾有權有勢，唯恐帕平試驗成功，因為，那樣他的蒸汽機就會沒有價值而喪失專權。于是，賽威爾從中百般阻撓，致使帕平的合理要求遭到無理拒絕，一項重大的發明被扼殺于搖籃之中，帕平在失望、貧困和默默無聞中于1712年離開了人間，終年65歲。

塞維利機

1698年托馬斯·塞維利、1712年托馬斯·紐科門和1769年詹姆斯·瓦特制造了早期的工業蒸汽機，他們對蒸汽機的發展都做出了自己的貢獻。1807年羅伯特·富爾頓第一個成功地用蒸汽機來驅動輪船。瓦特運用科學理論，逐漸發現了這種蒸汽機的毛病所在。從1765年到1790年，他進行了一系列發明，比如分離式冷凝器、汽缸外設置絕熱層、用油潤滑活塞、行星式齒輪、平行運動連桿機構、離心式調速器、節氣閥、壓力計等等，使蒸汽機的效率提高到原來紐科門機的3倍多，最終發明出了現代意義上的蒸汽機。

16世紀末到17世紀后期，英國的采礦業，特別是煤礦，已發展到相當的規模，單靠人力、畜力已難以滿足排除礦井地下水的要求，而現場又有豐富而廉價的煤作為燃料。現實的需要促使許多人，如英國的帕潘、薩弗里、紐科門等就致力于“以火力提水”的探索和試驗。最初的真空蒸汽機被用來將礦井里的水抽出來。紐科門的蒸汽機將蒸汽引入氣缸后閥門被關閉，然后冷水被撒入汽缸，蒸汽凝結時造成真空。活塞另一面的空氣壓力推動活塞。在礦井中聯結一根深入豎井的桿來驅動一個泵。蒸汽機活塞的運動通過這根桿傳到泵的活塞來將水抽到井外。第一個巨大的改善是將氣缸與凝結缸通過一個閥門分開。瓦特在伯明翰發明了這個改進。這個改進提高了蒸汽機的效率。

1764年，學校請瓦特修理一臺紐可門式蒸汽機，在修理的過程中，瓦特熟悉了蒸汽機的構造和原理，并且發現了這種蒸汽機的兩大缺點：活塞動作不連續而且慢；蒸汽利用率低，浪費原料。以后，瓦特開始思考改進的辦法。直到1765年的春天，在一次散步時，瓦特想到，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。

在產生這種設想以后，瓦特在同年設計了一種帶有分離冷凝器的蒸汽機。按照設計，冷凝器與汽缸之間有一個調節閥門相連，使他們既能連通又能分開。這樣，既能把做工后的蒸汽引入汽缸外的冷凝器，又可以使汽缸內產生同樣的真空，避免了汽缸在一冷一熱過程中熱量的消耗，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。瓦特辛辛苦苦造出了幾臺蒸汽機，但效果反而不如紐可門蒸汽機，甚至四處漏氣，無法開動。盡管耗資巨大的試驗使他債臺高筑，但他沒有在困難面前怯步，繼續進行試驗。當布萊克知道瓦特的奮斗目標和困難處境時，他把瓦特介紹給了自己一個十分富有的朋友--化工技師羅巴克。當時羅巴克是一個十分富有的企業家，他在蘇格蘭的卡隆開辦了第一座規模較大的煉鐵廠。雖然當時羅巴克已近50歲，但對科學技術的新發明仍然傾注著極大的熱情。他對當時只有三十來歲的瓦特的新裝置很是贊許，當即與瓦特簽訂合同，贊助瓦特進行新式蒸汽機的試制。

瓦特改良型蒸汽機

從1766年開始，在三年多的時間里，瓦特克服了在材料和工藝等各方面的困難，終于在1769年制出了第一臺樣機。同年，瓦特因發明冷凝器而獲得他在革新紐可門蒸汽機的過程中的第一項專利。第一臺帶有冷凝器的蒸汽機雖然試制成功了，但它同紐可門蒸汽機相比，除了熱效率有顯著提高外，在作為動力機來帶動其他工作機的性能方面仍未取得實質性進展。就是說，瓦特的這種蒸汽機還是無法作為真正的動力機。

紐可門蒸汽機

這些早期的真空蒸汽機的效率有限，但它們比較安全，因為它們的壓力比較低，在物質發生損壞的情況下機器向內收縮，而不是向外爆炸。它們的效率受外部氣壓、氣缸變形、燃燒和沸騰的效率和凝結能力的限制。理論最高效率受水在普通大氣壓下比較低的沸騰溫度限制。使用高溫高壓的蒸汽為蒸汽機的效率帶來了巨大的提高。但這種蒸汽機比真空蒸汽機危險得多。鍋爐和機器的爆炸造成了許多大事故。安全閥在這里帶來了很大的改進，在壓力過高的情況下安全閥放氣減壓。但真正保證安全只有依靠建造、運行和維護的經驗和安全規則。

薩弗里制成的世界上第一臺實用的蒸汽提水機，在1698年取得標名為“礦工之友”的英國專利。他將一個蛋形容器先充滿蒸汽，然后關閉進汽閥，在容器外噴淋冷水使容器內蒸汽冷凝而形成真空。打開進水閥，礦井底的水受大氣壓力作用經進水管吸入容器中；關閉進水閥，重開進汽閥，靠蒸汽壓力將容器中的水經排水閥壓出。待容器中的水被排空而充滿蒸汽時，關閉進汽閥和排水閥，重新噴水使蒸汽冷凝。如此反復循環，用兩個蛋形容器交替工作，可連續排水。

薩弗里的提水機

薩弗里的提水機依靠真空的吸力汲水，汲水深度不能超過六米。為了從幾十米深的礦井汲水，須將提水機裝在礦井深處，用較高的蒸汽壓力才能將水壓到地面上，這在當時無疑是困難而又危險的。紐可門及其助手卡利在1705年發明了大氣式蒸汽機，用以驅動獨立的提水泵，被稱為紐科門大氣式蒸汽機。這種蒸汽機先在英國，后來在歐洲大陸得到迅速推廣，它的改型產品直到19世紀初還在制造。紐科門大氣式蒸汽機的熱效率很低，這主要是由于蒸汽進入汽缸時，在剛被水冷卻過的汽缸壁上冷凝而損失掉大量熱量，只在煤價低廉的產煤區才得到推廣。

1764年，英國的儀器修理工詹姆斯·瓦特為格拉斯哥大學修理紐可門蒸汽機模型時，注意到了這一缺點，并于1765年發明了設有與汽缸壁分開的凝汽器的蒸汽機，并于1769年取得了英國的專利。初期的瓦特蒸汽機仍用平衡杠桿和拉桿機構來驅動提水泵，為了從凝汽器中抽除凝結水和空氣，瓦特裝設了抽氣泵。他還在汽缸外壁加裝夾層，用蒸汽加熱汽缸壁，以減少冷凝損失。瓦特的創造性工作使蒸汽機迅速地發展，他使原來只能提水的機械，成為了可以普遍應用的蒸汽機，并使蒸汽機的熱效率成倍提高，煤耗大大下降。因此瓦特是蒸汽機的改良者。

自18世紀晚期起，蒸汽機不僅在采礦業中得到廣泛應用，在冶煉、紡織、機器制造等行業中也都獲得迅速推廣。它使英國的紡織品產量在20多年內(從1766年到1789年)增長了5倍，為市場提供了大量消費商品，加速了資金的積累，并對運輸業提出了迫切要求。在船舶上采用蒸汽機作為推進動力的實驗始于1776年,經過不斷改進，至1807年，美國的富爾頓制成了第一艘實用的明輪推進的蒸汽機船“克萊蒙”號。此后，蒸汽機在船舶上作為推進動力歷百余年之久。1800年，英國的特里維西克設計了可安裝在較大車體上的高壓蒸汽機。1803年，他把它用來推動在一條環形軌道上開動的機車，找來喜歡新奇玩意兒的人乘坐，向他們收費，這就是機車的雛型。英國的史蒂芬孫將機車不斷改進，于1829年創造了“火箭”號蒸汽機車，該機車拖帶一節載有30位乘客的車廂，時速達46公里/時，引起了各國的重視，開創了鐵路時代。

“火箭”號蒸汽機車

19世紀末，隨著電力應用的興起，蒸汽機曾一度作為電站中的主要動力機械。1900年，美國紐約曾有單機功率達五兆瓦的蒸汽機電站。蒸汽機的發展在20世紀初達到了頂峰。它具有恒扭矩、可變速、可逆轉、運行可靠、制造和維修方便等優點，因此曾被廣泛用于電站、工廠、機車和船舶等各個領域中，特別在軍艦上成了當時唯一的原動機。

現代蒸汽機的最大的優點是它幾乎可以利用所有的燃料將熱能轉化為機械能。不象內燃機那樣它對其燃料不挑剔。此外沒有蒸汽機的話原子能無法被使用。原子反應堆即不直接產生機械能，又不直接產生電能，原子反應堆實際上只是加熱水，這個水被沸騰后的蒸汽通過蒸汽機來轉化為有用的功。蒸汽不一定需要通過燃燒來產生，比如使用太陽能聚熱器也可以產生蒸汽推動蒸汽機。另一種有類似優點的小巧的外燃機是斯特林發動機。其缺點是它在許多情況下難以運行。現代的混合動力汽車就是為了彌補這個缺點而設計的。

尤其在高山上蒸汽機機車的優點顯著，因為它們也可以在比較低的氣壓下運行。當南美洲將用柴油-電力機車取代它們的蒸汽機車后這一點就被發現了。在高山上他們不得不使用功率比較高的柴油機車。在瑞士和奧地利新的齒軌鐵路使用現代的蒸汽機，這些蒸汽機只需要一個人來運行，比起過去的蒸汽機它節省60%的燃料，比起電力機和柴油機它輕50%，因此對齒軌的磨損小得多。在日內瓦湖上也有一艘新的蒸汽機船，它是世界上第一艘遙控的蒸汽機船。

蒸汽機的弱點是：離不開鍋爐，整個裝置既笨重又龐大；新蒸汽的壓力和溫度不能過高，排氣壓力不能過低，熱效率難以提高；它是一種往復式機器，慣性力限制了轉速的提高；工作過程是不連續的，蒸汽的流量受到限制，也就限制了功率的提高。因此，拋棄了笨重鍋爐的內燃機，最終以其重量輕，體積小、熱效率高和操作靈活等優點，在船舶和機車上逐漸取代了蒸汽機。汽輪機則以其熱效率高、單機功率大、轉速高、單位功率重量輕和運行平穩等優點，將蒸汽機排擠出了電站。

接著電動機又以其使用方便，代替了蒸汽機在工業設備中的應用。

瓦特在改良蒸汽機

蒸汽機有很大的歷史作用，它曾推動了機械工業甚至社會的發展。隨著它的發展而建立的熱力學和機構學為汽輪機和內燃機的發展奠定了基礎；汽輪機繼承了蒸汽機以蒸汽為工質的特點，和采用凝汽器以降低排汽壓力的優點，摒棄了往復運動和間斷進汽的缺點；內燃機繼承了蒸汽機的基本結構和傳動形式，采用了將燃油直接輸入汽缸內燃燒的方式，形成了熱效率高得多的熱力循環；同時，蒸汽機所采用的汽缸、活塞、飛輪、飛錘調速器，閥門和密封件等，均是構成多種現代機械的基本元件。

工業革命的產生一部分原因是因為蒸汽機的改良(瓦特沒有發明蒸汽機，他只是改良)，而蒸汽機車的產生也是因為蒸汽機的改良以及后人的應有而產生的，當時英國鼓勵發明，并且在人口增加需要增加生產速度之時，便開始有人努力的改進當時的生產設備，瓦特便是其中之一，而瓦特改良蒸汽機導致一系列技術革命引起了從手工勞動向動力機器生產轉變。因此蒸汽機的改良絕對是促成工業革命的原因之一。而蒸汽機車是一種以蒸汽引擎作為動力來源的鐵路機車，因此若沒有蒸汽機的改良便不可能有這項交通工具的誕生。

蒸汽機的出現和改進促進了社會經濟的發展，但同時經濟的發展反過來又向蒸汽機提出了更高的要求，如要求蒸汽機功率大、效率高、重量輕、尺寸小等。盡管人們對蒸汽機作過許多改進，不斷擴大它的使用范圍和改善它的性能，但是隨著汽輪機和內燃機的發展，蒸汽機因存在不可克服的弱點而逐漸衰落。然而小功率蒸汽機熱效率比汽輪機高，所以在產煤區或只有劣質燃料的地區或某些特殊場合，蒸汽機仍有發揮作用的余地。