蒸汽機到底是誰發明的,瓦特對蒸汽機的貢獻

在蒸汽機技術還處於萌芽階段，愛德華·薩默塞特，託馬斯·薩維利，以及法國的約翰·德薩格利爾是研究蒸汽技術的先驅。他們的研究啟發了紐科門和詹姆斯·瓦特等發明了實用的蒸汽機。

託馬斯·紐科門(1663年2月28日- 1729年8月5日)是英國達特茅斯的一位鐵匠，他組裝了第一臺現代蒸汽機的原型。1712年他發明的大氣式蒸汽機被稱作紐科門蒸汽機。

紐科門蒸汽機有一個汽缸和活塞。當蒸汽進入氣缸時，活塞向上運動，活塞到達氣缸頂部時。一個裝置加冷水對氣缸降溫，充滿蒸汽的汽缸冷卻後，蒸汽凝結，在氣缸內製造出真空，將活塞拉回底部。由此循環運動，通過一個槓桿拉動另外一側的抽水機。由於活塞每推動一次，氣缸裡的蒸汽都要先冷凝，拉回活塞後再加熱，進行下一次推動，從而使得蒸汽80%的熱量都耗費在維持氣缸的溫度上面，紐科門發明的蒸汽機效率很低。紐科門蒸汽機發明以後五十年裡並沒有太多進步，它一直在礦井中抽水，但即使在正常工作狀態下，它也太弱了，無法應付不斷增加的水量。隨著礦井挖得更深，它們應付不了礦坑裡越來越多的地下水，礦坑對當時的礦工來說簡直是死亡陷阱。

紐科門蒸汽機動圖

瓦特於1736年1月19日出生於蘇格蘭的格林諾克，他幾乎沒有受過正規教育。21歲時在格拉斯哥大學找到一份維修科學儀器的工作，一天，蘇格蘭科學家約翰·安德森讓瓦特修理紐科門大學的水泵，瓦特想出了一個改良紐科門蒸汽機的辦法。新蒸汽機提高了效率，同樣的動力只需要以前三分之一的蒸汽。為了讓新蒸汽機商用化，瓦特花費了很多精力和時間繼續改良。他設計了一個可以兩側進氣的氣缸，通過與飛輪聯動的閥門控制進氣方向。1776年，第一批新型蒸汽機開始應用於實際生產，主要應用於礦井的抽水，由於可靠和高效，為瓦特和合伙人贏得了大量的訂單，新型蒸汽機在礦場得到大量應用。

1765年，織工哈格裡夫斯發明了「珍妮紡織機」，從此紡織業開始大規模地發展。當時人們的主要動力來源是水力。很快採煤、冶金等許多工業部門，都有了機器生產。隨著各種機器越來越多，原有的水力、風力和畜力已經無法滿足需求，工業界已經急需一種可靠的發動機來解決動力問題。瓦特的合伙人博爾頓希望蒸汽機能進入這些工廠賺取新的利潤，但是蒸汽推動活塞在汽缸是往復運動，為了將活塞的往復運動轉變為飛輪的旋轉運動，瓦特發明了一種太陽行星齒輪（sun and planet gear）解決專利問題。這個巧妙的裝置在泵杆的末端有一個齒輪，泵杆繞著傳動軸上的旋轉齒輪旋轉。新蒸汽機得到了廣泛的應用，為絕大多數機器提供動力。博爾頓和瓦特的鋼鐵廠以蒸汽機為動力，成為世界上第一家機器製造廠。到1800年，英國棉紡廠、羊毛廠和麵粉廠，都使用了瓦特公司的蒸汽機。此時，瓦特公司基本上壟斷了蒸汽機行業。

瓦特在1788年建造的蒸汽機

蒸汽機原理示意，上圖才是瓦特的蒸汽機

在蒸汽機建造過程中，為了解決高壓蒸汽的安全問題，瓦特還發明了蒸汽壓力表，

此圖只是示意圖，不是瓦特當年發明的壓

為了防止氣壓過高時，蒸汽機轉速過高，瓦特還發明了節流閥與離心式調速器。這是一個非常精巧的裝置，通過旋轉重錘的開度來控制蒸汽的大小（見上圖），轉速過快重球因離心力上升，通過一個拉杆連接控制蒸汽的節流閥，減少蒸汽進入，使蒸汽機減速；而轉速過慢時重球因自身重力下降，控制蒸汽的節流閥開度變大，蒸汽機加速，由此將蒸汽機的速度控制在一定範圍內。這是世界上最早的自控裝置。

離心式調速器原理圖

博爾頓和瓦特的鋼鐵廠以蒸汽機為動力，成為世界上第一家機器製造廠。到1800年，英國的棉紡廠、羊毛和麵粉廠，都使用了博爾頓和瓦特發動機。此時，博爾頓和瓦特基本上壟斷了蒸汽機行業。新蒸汽機被迅速廣泛推廣，所有工廠都需要一臺瓦特蒸汽機，通過皮帶為所有設備提供動力。1788年，威廉·西明頓(William Symington)建造並乘坐利用瓦特蒸汽機為動力的雙體船穿越了達爾斯溫頓湖(Dalswinton Loch)。1804年，理察·特雷維希克(Richard Trevithick)利用瓦特蒸汽機建造了世界上第一臺礦山蒸汽機車。1817年，史蒂芬孫進一步完善了蒸汽機車，並將鐵路和火車商業化。從此，蒸汽輪船和蒸汽機車連接了全世界，把旅行時間縮短了幾分之一。以蒸汽為動力的工廠成倍地增加了產量。詹姆斯·瓦特的貢獻很可能遠遠超出了他的想像。

在瓦特去世63年後，英國協會以瓦特的名字命名了功率單位——瓦特。