介紹蒸汽機誰發明的

介紹蒸汽機誰發明的

世界上第一臺蒸汽機是由古希臘數學家亞歷山大港的希羅Hero of Alexandria于1

世紀發明的汽轉球Aeolipile，是蒸汽機的雛形。

約1679年法國物理學家丹尼斯·巴本在觀察蒸汽逃離他的高壓鍋后制造了第一臺蒸

汽機的工作模型。約與此同時薩繆爾·莫蘭也提出了蒸汽機的主意。

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。下一個改進是將閥門的操作自動化。

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17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。

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。

需要特別注意的是，許多教科書上歷史書、物理書說瓦特是蒸汽機的發明者。這是誤

傳。蒸汽機是英國人薩維利Savery于1698年、紐可門Newcomen于1705年各自獨立發明

的，用于礦井抽水。當時效率很低。1765年，瓦特在修理紐可門機的基礎上，對蒸汽機做

了重大改進，使冷凝器與汽缸分離，發明曲軸和齒輪傳動以及離心調速器等，使蒸汽機實

現了現代化，大大提高了蒸汽機的效率。瓦特的這些發明，仍使用在現代蒸汽機中，為紀

念瓦特的貢獻，功率的單位名稱以其姓氏命名。

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。

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。

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