蒸汽机的工作原理讲解

蒸汽机原理与详细制作方法（蒸汽机的工作原理图解）

蒸汽机是现代火车的原型。蒸汽机是20世纪最伟大的发明，甚至创造了蒸汽时代。工业革命的部分原因是瓦特改进了蒸汽机，但瓦特没有发明蒸汽机，他只是改进了蒸汽机。那么谁发明了蒸汽机？蒸汽机的原理是什么？

什么是蒸汽机？

蒸汽机是一种往复式动力机器，将蒸汽能转化为机械功。蒸汽机的出现引发了18世纪的工业革命。直到20世纪初，它仍是世界上最重要的原动机，后来逐渐让位于内燃机和汽轮机。蒸汽机需要一个将水煮沸产生高压蒸汽的锅炉。这种锅炉可以使用木材、煤、石油或天然气甚至垃圾作为热源。蒸汽膨胀推动活塞做功。

蒸汽机是一种能将动能转化为功的热机。水泵、机车和现代船只都是由蒸汽机驱动的。蒸汽机在工业革命中发挥了重要作用。今天，人们还使用蒸汽涡轮发动机发电。

谁发明了蒸汽机？

众所周知，蒸汽机是瓦特发明的，但实际上瓦特并不是发明蒸汽机的第一人。早在1世纪，古希腊数学家亚历山大的希罗就发明了旋转球，这是最初蒸汽机的原型。

1679年，法国物理学家丹尼斯·巴本在观察到蒸汽从他的高压锅中逸出后，制作了第一台蒸汽机的工作模型。同时，塞缪尔·莫兰也提出了蒸汽机的设想。

1688年，法国物理学家德尼·帕潘制造了第一台带有气缸和活塞的简单蒸汽机。然而，帕品的发明并没有实际应用于工业生产。

705年，纽克曼经过长期研究，综合了帕潘和塞韦里发明的优点，创造了空燃气蒸汽机。

改进过程

757年，瓦特成为格拉斯哥大学的实验者，专门制造和修理教学仪器。为瓦特大学提供了很好的学习和实践机会。他孜孜不倦地学习，掌握了德语和意大利语，只要有可能，就去请教大学里的教授，有时还和他们讨论科学技术问题。

1763年，瓦特被请去修理一台送到外面大学的蒸汽机。瓦特和其他几个人详细研究了它。瓦特仔细研究后发现，纽克曼的蒸汽机有很多缺陷，主要是耗油量大、笨拙、适用范围有限，只能用于矿井抽水和灌溉。瓦特决心造一台比它更好的蒸汽机。

1784年，瓦特对其进行了改进，增加了自动调节蒸汽机转速的装置，使其适用于各种机械运动。此后，纺织工业、采矿工业、冶金工业、造纸工业、陶瓷工业等工业部门相继采用蒸汽机作为动力。1807年，美国人富尔在一艘船上安装了瓦特的蒸汽机。从此，航运业的航海时代结束了。

1814年，英国人史蒂文在火车上安装了瓦特的蒸汽机，陆路交通的新时代开始了。在20世纪30年代和40年代，蒸汽机在欧洲和北美被广泛使用，这被称为“蒸汽时代”瓦特于1819年去世。为了纪念他的伟大发明，后人把发电机和电动机的功率计算单位称为“瓦特”。

所以，瓦特只是蒸汽机的改进者，而不是蒸汽机的发明者。不过话说回来，没有瓦特对第一台蒸汽机的精心改进，就不会有蒸汽时代，工业效率也不会大大加快。

蒸汽机原理

蒸汽机为所有早期的机车、汽船和工厂提供动力，所以它是工业革命的基础。在这篇文章中，我们将学习蒸汽机是如何工作的。

下图显示了活塞式蒸汽机的主要部件。这是蒸汽机车上使用的典型蒸汽机。

图中所示的是双作用蒸汽机，因为它的阀门使高压蒸汽交替作用于活塞两侧。下面展示了发动机的运行情况:

正如你所看到的，滑阀负责让高压蒸汽进入气缸的两侧。阀门的控制杆通常钩在连接十字头的连杆上，所以十字头的运动也使阀门滑动。

你可以在这张图片中看到，废蒸汽只是简单地排入空气体。这解释了蒸汽机车的两件事:

它解释了为什么蒸汽机车需要在车站加水——随着蒸汽的消耗，水在不断流失。

它解释了火车喘息声的来源。当阀门打开汽缸释放废蒸汽时，蒸汽以巨大的压力冲出，并产生“声音”。当火车启动时，活塞移动缓慢，然后火车开始变快，活塞移动更快。这就产生了我们经常在火车启动时听到的效果:“咻…咻…咻…咻”。

在蒸汽机车中，十字头通常与传动杆相连，从传动杆再与连杆相连，连杆驱动机车的车轮。其结构通常如下:

在这个示意图中，十字头与传动杆相连，传动杆与火车的三个驱动轮中的一个相连。这三个轮子由连杆连在一起，所以同步旋转。

锅炉

蒸汽机所需的高压蒸汽来自锅炉。锅炉的任务是加热水产生蒸汽。实现方式有两种:火管和水管。

管式锅炉在19世纪早期更为普遍。它由一个水箱组成，许多管子穿过水箱。通过燃烧煤或木柴获得的热气通过这些管道来加热水箱中的水，如下所述:

火管锅炉中，整个水箱处于高压状态，所以一旦水箱破裂，就会引起大爆炸。

现在比较常见的是使用水管锅炉，水在火加热的气体中流经一排管子。以下简化示意图描述了水管锅炉的典型结构:

在真正的锅炉中，结构会复杂得多，因为锅炉的目的是尽可能多地从燃烧的燃料中吸取热量，提高效率。

独家世界观:蒸汽机的发明改善了我们的生活。如果没有那些科学家的苦心研究和瓦特的精心改进，几十年后我们可能不得不乘坐火车、汽车和其他交通工具。可以说蒸汽机的发明推动了工业革命的成功。