第117章 水排＋風箱＝蒸汽機

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李國助接過圖紙來一看，眼睛都快閃成燈泡了。

因為圖紙上畫的儼然就是一種活塞式蒸汽機的結構。

要知道，在原本的歷史線中，首次構思出活塞式蒸汽機的，是法國物理學家丹尼斯·帕平。

1679年，帕平發明了高壓鍋。

大約一年後，為了提高高壓鍋的安全性他又發明了槓桿式安全閥。

這種安全閥，是在槓桿遠端施加重物，而使汽壓推動汽閥的力點為短力臂。

當高壓鍋壓力超過設計值時，可推動汽閥向上運動，以排出部分壓力，平衡後又落回原處。

1690年帕平又根據槓桿式安全閥的工作原理構思出了活塞式蒸汽機。

不過帕平只是對設計原理進行了思考，並沒有真正製造出可使用的蒸汽機。

但他的工作卻開創了蒸汽機的研究。

後來，英國發明家和工程師托馬斯·塞維利仔細研究了帕平的設計方案。

由於當時缺乏製造良好密閉性活塞的工藝，塞維利捨去了帕平的活塞結構。

塞維利設計了兩個部分：一是鍋爐，二是密閉的工作容器。

先透過鍋爐把水加熱，使蒸汽充滿工作容器。

然後關閉入汽孔，使工作容器中水蒸氣冷凝，形成區域性真空。

當該容器與礦井下水相連時，透過外部大氣壓，就可以把水“吸”到高處。

其原理是靠大氣壓力把水壓上來的，所以水的提升高度和大氣壓力有關，在9米左右。

為了把水送到更高的地方，塞維利又專門設計了一個蒸汽壓力裝置。

這就是被稱為“礦山之友”的塞維利機。

塞維利也申請了世界上第一個蒸汽機專利。

塞維利蒸汽機問題很多，效率很低，為了維持機器的運轉需要燒很多煤。

好在它本身就是用於煤礦抽水的，不怕缺煤。

它靠壓力輸送水，卻因材料製造和焊接工藝的不足致使管道時有發生斷裂和爆炸。

同時依靠大氣壓提水，最高提升高度約為9.1m限制了塞維利機的使用。

但它終究是人類歷史上第一臺實用型蒸汽機。

由於在蒸汽機研究上的成就，帕平受到了英國皇家學會的重視。

為了得到足夠的研究經費支援，帕平後來移民英國，並加入了英國皇家學會。

作為會友，塞維利請帕平對他的蒸汽機予以鑑定。

帕平意識到了塞維利機的不足，並提出了重大的改進意見。

但塞維利不認可帕平的建議，並拒絕進行改進。

後來，帕平根據自己的理解更新了設計，但此時他已因研製蒸汽機而破產。

因此，他向英國皇家學會申請15英鎊的研究經費用以實現新的設計。

不料塞維利竟從中作梗，致使帕平的合理要求遭到拒絕。

帕平蒸汽機的第二版，是將蒸汽機引入汽缸中，靠活塞推動水升高，有效改進了塞維利機的缺點。

大概帕平和塞維利的矛盾主要在於是否使用活塞結構。

帕平和塞維利的不和諧最後由托馬斯·紐科門進行了協調統一。

大約在1712年，紐科門綜合帕平的氣缸活塞和塞維利靠冷凝蒸汽形成真空抽水的優點，

將抽水的工作機構和提供動力的蒸汽機完全分開，這一分離標誌著紐科門蒸汽機的完成。

紐科門機在當時非常成功，連續使用了有60多年。

即使在瓦特蒸汽機出現以後，仍然使用了很長一段時間。

由於當時申請專利需要昂貴的費用，紐科門並沒有申請專利。

但這或許也為紐科門機的廣泛使用提供了條件。

紐科門機成為煤礦抽水的必備裝置，以至於大學裡都在教授紐科門機的工作原理。

下一位給蒸汽機帶來巨大變革的人，是詹姆斯·瓦特。

1769年，瓦特設計了帶有分離式冷凝器的蒸汽機。

分離式冷凝器使汽缸的溫度不再需要降到常溫再重新加熱。

這使蒸汽機的效率提高了3倍，煤耗不到紐科門機的1\/3。

瓦特為分離式冷凝器申請了專利保護，成為他的第1項專利。

1775年，瓦特與鑄造廠老闆馬修·博爾頓開始了合作。

他們將分離式冷凝蒸汽機投入生產。