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对于18世纪的英国甚至世界而言,没有什么比蒸汽机的问世更具有划时代意义 。而蒸汽机的“发明者”,也一直被公认为是苏格兰人詹姆斯·瓦特(James Watt) 。
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詹姆斯·瓦特 。来源/秒懂百科视频截图
事实上,瓦特或许是史上最被误读的发明家,其发明家的身份首先就需要打一个问号:与其说是瓦特发明蒸汽机,不如说是改良了蒸汽机 。即便在蒸汽机的改进进程中,人们也只看重其在技术上的贡献,而忽视了他在吸引资本、完成技术转化方面的贡献 。
可以说,蒸汽机得以在18世纪末问世,除了瓦特的天赋外,还离不开工厂主的倾囊相助,产业革命带来的环境变化 。蒸汽机的问世从最初的雏形到瓦特改良完毕,究竟是技术问题还是经济问题?
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瓦特改良的蒸汽机亮相 。来源/节目《解码科技史》截图
蒸汽机的不断改良过程
蒸汽机的发明并非一蹴而就,而是经历了几代人的共同努力,在一次次技术迭代后,最终形成了具有市场价值的蒸汽机 。瓦特并非“发明者”,也非“终结者”,他的历史贡献在于极大地改良了蒸汽机,提升了蒸汽机的热效率 。这在蒸汽机的迭代升级过程中具有里程碑意义 。
一般认为,英国人萨弗里(Thomas Savery)制成了世界上第一台实用的蒸汽提水机 。这台机器形似鸡蛋 。它的运作原理是:先在其中充满蒸汽,然后关闭进汽阀,在容器外喷淋冷水使容器内蒸汽冷凝而形成真空 。打开进水阀,矿井底的水受大气压力作用经进水管吸入容器中;关闭进水阀,重开进汽阀,靠蒸汽压力将容器中的水经排水阀压出 。待容器中的水被排空而充满蒸汽时,关闭进汽阀和排水阀,重新喷水使蒸汽冷凝 。如此反复循环,用两个蛋形容器交替工作,可连续排水 。萨弗里的提水机依靠真空的吸力汲水,汲水深度不超过六米 。为了从几十米深的矿井汲水,须将提水机装在矿井深处,用较高的蒸汽压力才能将水压到地面上,这在当时无疑是困难而又危险的 。
18世纪初,托马斯·纽康门(Thomas Newcomen)发明了一台大气蒸汽机,主要用于在矿山中抽水 。纽氏蒸汽机有一个汽缸和活塞 。当蒸汽进入气缸时,活塞向上运动;活塞到达气缸顶部时,一个装置用冷水对气缸降温,充满蒸汽的汽缸冷却后,蒸汽凝结,在气缸内制造出真空,将活塞拉回底部,由此循环往复,通过一个杠杆拉动另外一侧的抽水机 。由于活塞每推动一次,气缸里的蒸汽都要先冷凝,拉回活塞后再加热,进行下一次推动,从而使得蒸汽80%热量都耗费在维持气缸温度上,使得这款蒸汽机的效率很低 。
瓦特对于蒸汽机的最大贡献在于提升了机器的热效率,他敏锐地意识到,理想的蒸汽机必须具备两个条件:一是始终保持气缸恒热;二是要将蒸汽完全冷凝到100℃以下,确保其释放全部热量 。为了实现这一目标,他创造性地设计了分离式冷凝器,这一装置最重要的突破就是将蒸汽的冷凝过程与气缸分离,使蒸汽通过排气管进入冷凝器冷凝,从而维持气缸热度 。
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瓦特与蒸汽机模型 。来源/节目《解码科技史》截图
此外,瓦特还设计了一个封闭式气缸,气缸上配备了圆形的活塞,活塞杆下端通过填充料,可以有效防止蒸汽溢出 。这种改良看似简单,却在纽氏蒸汽机问世半个世纪以来一直没人想到过 。瓦特对此也感到不可思议,他问自己:“这就可以了吗?也太简单了吧?怎么一切看起来都是那么顺理成章?”卡内基在《瓦特传》对此的评价是:现实就是这样,没有冷凝器,没有封闭式气缸,就没有现代蒸汽机 。[1]
比发明更难的经营推广问题
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