第117章 水排＋风箱＝蒸汽机

　　李国助接过图纸来一看，眼睛都快闪成灯泡了。

　　因为图纸上画的俨然就是一种活塞式蒸汽机的结构。

　　要知道，在原本的历史线中，首次构思出活塞式蒸汽机的，是法国物理学家丹尼斯·帕平。

　　1679年，帕平发明了高压锅。

　　大约一年后，为了提高高压锅的安全性他又发明了杠杆式安全阀。

　　这种安全阀，是在杠杆远端施加重物，而使汽压推动汽阀的力点为短力臂。

　　当高压锅压力超过设计值时，可推动汽阀向上运动，以排出部分压力，平衡后又落回原处。

　　1690年帕平又根据杠杆式安全阀的工作原理构思出了活塞式蒸汽机。

　　不过帕平只是对设计原理进行了思考，并没有真正制造出可使用的蒸汽机。

　　但他的工作却开创了蒸汽机的研究。

　　后来，英国发明家和工程师托马斯·塞维利仔细研究了帕平的设计方案。

　　由于当时缺乏制造良好密闭性活塞的工艺，塞维利舍去了帕平的活塞结构。

　　塞维利设计了两个部分：一是锅炉，二是密闭的工作容器。

　　先通过锅炉把水加热，使蒸汽充满工作容器。

　　然后关闭入汽孔，使工作容器中水蒸气冷凝，形成局部真空。

　　当该容器与矿井下水相连时，通过外部大气压，就可以把水“吸”到高处。

　　其原理是靠大气压力把水压上来的，所以水的提升高度和大气压力有关，在9米左右。

　　为了把水送到更高的地方，塞维利又专门设计了一个蒸汽压力装置。

　　这就是被称为“矿山之友”的塞维利机。

　　塞维利也申请了世界上第一个蒸汽机专利。

　　塞维利蒸汽机问题很多，效率很低，为了维持机器的运转需要烧很多煤。

　　好在它本身就是用于煤矿抽水的，不怕缺煤。

　　它靠压力输送水，却因材料制造和焊接工艺的不足致使管道时有发生断裂和爆炸。

　　同时依靠大气压提水，最高提升高度约为9.1m限制了塞维利机的使用。

　　但它终究是人类历史上第一台实用型蒸汽机。

　　由于在蒸汽机研究上的成就，帕平受到了英国皇家学会的重视。

　　为了得到足够的研究经费支持，帕平后来移民英国，并加入了英国皇家学会。

　　作为会友，塞维利请帕平对他的蒸汽机予以鉴定。

　　帕平意识到了塞维利机的不足，并提出了重大的改进意见。

　　但塞维利不认可帕平的建议，并拒绝进行改进。

　　后来，帕平根据自己的理解更新了设计，但此时他已因研制蒸汽机而破产。

　　因此，他向英国皇家学会申请15英镑的研究经费用以实现新的设计。

　　不料塞维利竟从中作梗，致使帕平的合理要求遭到拒绝。

　　帕平蒸汽机的第二版，是将蒸汽机引入汽缸中，靠活塞推动水升高，有效改进了塞维利机的缺点。

　　大概帕平和塞维利的矛盾主要在于是否使用活塞结构。

　　帕平和塞维利的不和谐最后由托马斯·纽科门进行了协调统一。

　　大约在1712年，纽科门综合帕平的气缸活塞和塞维利靠冷凝蒸汽形成真空抽水的优点，

　　将抽水的工作机构和提供动力的蒸汽机完全分开，这一分离标志着纽科门蒸汽机的完成。

　　纽科门机在当时非常成功，连续使用了有60多年。

　　即使在瓦特蒸汽机出现以后，仍然使用了很长一段时间。

　　由于当时申请专利需要昂贵的费用，纽科门并没有申请专利。

　　但这或许也为纽科门机的广泛使用提供了条件。

　　纽科门机成为煤矿抽水的必备设备，以至于大学里都在教授纽科门机的工作原理。

　　下一位给蒸汽机带来巨大变革的人，是詹姆斯·瓦特。

　　1769年，瓦特设计了带有分离式冷凝器的蒸汽机。

　　分离式冷凝器使汽缸的温度不再需要降到常温再重新加热。

　　这使蒸汽机的效率提高了3倍，煤耗不到纽科门机的1/3。

　　瓦特为分离式冷凝器申请了专利保护，成为他的第1项专利。

　　1775年，瓦特与铸造厂老板马修·博尔顿开始了合作。

　　他们将分离式冷凝蒸汽机投入生产。

　　1781年，瓦特公司的雇员威廉·默多克发明了一种称为“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。

　　该装置将瓦特蒸汽机的活塞往复运动转化为旋转运动，为其成为动力机奠定了基础。

　　同年，瓦特又发明了双向汽缸以提高效率，双向汽缸即在活塞两侧进汽，提高热机效率。

　　这时，控制双向汽缸的进汽装置成为关键。

　　1784年，瓦特发明了平行四连杆机构，以保证双向汽缸的控制问题。

　　经过这一系列的改进，纽科门机已经完全蜕变为瓦特蒸汽机。

　　1785年以后，瓦特改进的蒸汽机首先在纺织部门投入使用，受到广泛欢迎。

　　为了保证蒸汽机转速的平稳性，瓦特于1788年发明了离心式调速器。

　　1790年瓦特又发明了蒸汽机气缸示工器。

　　1794年，瓦特与博尔顿合伙组建了专门制造蒸汽机的公司，保证了蒸汽机的研究经费。

　　到1824年，瓦特的公司共生产了1165台蒸汽机。

　　纺织业、采矿业、冶金业、造纸业等工业部门，都先后采用蒸汽机做为动力。

　　世界就是这样跨入蒸汽时代的。

　　曲柄齿轮传动系统和双向汽缸是给瓦特蒸汽机带来质变的两项发明。

　　但也正是这两项发明成为“西方伪史论”者质疑瓦特的把柄。

　　因为曲柄连杆机构和双向汽缸的结构一直存在于中国古老的水排和风箱之中。

　　水排是古代冶铁技术中的重要鼓风设备，由东汉官员杜诗发明。

　　它利用水力推动水轮旋转，通过曲柄连杆机构，将圆周运动转化为直线的往复运动，带动鼓风皮囊开合，起到鼓风作用。

　　风箱确切的说，应该是双作用活塞式风箱，出现的时间不晚于宋代。

　　它设计巧妙，有两个进风口，使得推拉都能送风。

　　其内部结构与双向汽缸有异曲同工之妙。
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