早期瓦特改良蒸汽机的原因和过程 值得大家知道
瓦特的小店开业4年后,在朋友罗宾逊教授的引导下,瓦特开始了对蒸汽机的实验。1763年,瓦特得知格拉斯哥大学有一台纽科门蒸汽机(Newcomensteamengine),但是正在伦敦修理,他请求学校取回了这台蒸汽机并亲自进行了修理。
修理后这台蒸汽机勉强可以工作,但是效率很低。经过大量实验,瓦特发现效率低的原因是由于活塞每推动一次,气缸里的蒸汽都要先冷凝,然后再加热进行下一次推动,从而使得蒸汽80%的热量都耗费在维持气缸的温度上面。1765年,瓦特取得了关键性的进展,他想到将冷凝器与气缸分离开来,使得气缸温度可以持续维持在注入的蒸汽的温度,并在此基础上很快建造了一个可以运转的模型。
在约翰·罗巴克的赞助下,瓦特开始了新式蒸汽机的试制,并成为新公司的合伙人。这之后,罗巴克破产,相关专利都由伯明翰一间铸造厂老板马修·博尔顿接手。瓦特与博尔顿从此开始了他们之间长达25年的成功合作。
与博尔顿的合作,使得瓦特得到了更好的设备资金以及技术上的支持,特别是在加工制造工艺方面。新型蒸汽机制造的一个主要困难在于活塞与大型气缸的密合,这个问题最终被约翰·威尔金森(JohnWilkinson)解决,他在改进加农炮的制造时提出了一种新的精密镗孔加工技术,可以用于蒸汽机的制造。
终于在1776年,第一批新型蒸汽机制造成功并应用于实际生产。这批蒸汽机由于还只能提供往复直线运动而主要应用于抽水泵上。在之后的5年中,瓦特赢得了大量的订单并忙于奔波于各个矿场之间安装由这种新型蒸汽机带动的水泵。
在博尔顿的要求下,瓦特开始继续研究如何将蒸汽机的直线往复运动转化为圆周运动,以便使得蒸汽机能为绝大多数机器提供动力。一个显而易见的
解决办法是通过曲柄传动,但是该项专利所有人,约翰·斯蒂德(JohnSteed)要求同时分享瓦特此前的分离冷凝器的专利,这一要求被瓦特坚决地拒绝了。1781年,瓦特公司的雇员威廉·默多克(WilliamMurdoch)发明了一种称为“太阳与行星”的曲柄齿轮传动系统,并以瓦特的名义成功申请了专利。这一发明绕开了曲柄专利的限制,极大地扩展了蒸汽机的应用。
之后的6年里,瓦特又对蒸汽机作了一系列改进并取得了一系列专利:发明了双向气缸,使得蒸汽能够从两端进出从而可以推动活塞双向运动,而不是以前那样只能单向推动;使用节气阀门与离心节速器来控制气压与蒸汽机的运转;发明了一种气压示工器来指示蒸汽状况;发明了三连杆组保证气缸推杆与气泵的直线运动。
由于担心爆炸的危险以及泄露问题,瓦特的早期蒸汽机都是使用低压蒸汽,后来才引进了高压蒸汽。所有这些革新结合到一起,使得瓦特的新型蒸汽机的效率是过去的纽科门蒸汽机的5倍。1794年,瓦特与博尔顿合伙组建了专门制造蒸汽机的公司。
