第 43章 瓦特的蒸汽时代
瓦特蒸汽机的发明标志着资本主义史上的第一次工业革命的开始。由它所创造的生产力，
比过去一切时代创造的生产力的总和还要多还要大。
蒸汽动力 初步形成
18世纪，英国的纺织业获得了飞速的发展。高效率水力织布机的出现标志着纺织业由手工业
向机器大工业的转换过程已经完成。
可是要利用水力就必须得把工厂建在水流量大的急流边
工厂的规模势必要受其限制，而且还不可避免地要受水量季节性丰枯的影响；此外，聚集和
传送动力的系统还要浪费好大一部分动力。于是，寻找一种新的能源，发明一种强大、方便
而又稳定的动力机械，便成了决定这场工业革命能否持续发展的关键。蒸汽机正是在这种情
况下走上历史舞台的。
把蒸汽变为动力是人类的一个古老的幻想。最初的一批蒸汽机便是直接为了解决矿井排水问
题而发明的，其工作原理都是利用蒸汽冷凝形成的真空大气压力来作功的。
17世纪末，法国物理学家巴本创造性地设计了汽缸——活塞装置。即在高压锅上压力阀所受
的重力(自身重量)是由锅内蒸汽的压力(作用在阀上)来平衡的。至于活塞被蒸汽推起后返回
其原来位置的运动，可以靠使蒸汽冷凝而由外部的大气压力的推动来完成。
然而，蒸汽机需要更多的技术和工艺。所以巴本的设想没有实际的应用意义。
1696年，塞维利按巴本用大气压力作功的设计发明了第一台实际应用于矿井抽水的蒸汽机，
第一次真正把蒸汽变成了工业动力。
但是它有热损失大、扬程受限制等缺陷。1705年，英国锻工托马斯?纽可门发明了一种更
实用的大气活塞式蒸汽机克服了塞维利蒸汽机的缺陷。
鉴于此，纽可门蒸汽机在它发明不到10年内，英、德、法各国都已广泛采用了这种机器。到
18世纪中叶，它已成为采矿业的一个重要支柱了。
研究改进 伟大发明
纽可门蒸汽机在发明后的60年里，虽然已经在采矿业中得到相当广泛的应用，但它的结构没
有发生
重大的改进。其输出功率不足10马力，而且这种蒸汽机耗煤量极大，热效率仍然很低，迫切
需要进一步的改进。
1736年1月19日，苏格兰格里诺克镇的一个普通家庭里诞生了一个名叫詹姆斯?瓦特的小男
孩。他从小就喜欢制作玩具。13岁时，他就在其父的作坊里制造出了一些机器的模型。
不久，他来到格拉斯哥大学当了一名仪器修理工人。在这里，他可以接触许多著名的科学家
并听他们讲课授业。经过辛勤的努力，瓦特终于积累了物理学、化学、仪器制造等相当丰富
的知识，还精通了法语、意大利语和德语。
1763年，格拉斯哥大学的安德生教授请他修理该校一台用于物理实验的纽可门蒸汽机模型。
瓦特对这台蒸汽机进行了认真的研究，发现它的毛病出在汽缸的冷热交替变化上：汽缸在冲
程开始时，由于通入蒸汽，温度迅速上升；而在冲程结束时，必须喷射冷水冷凝蒸汽，与此
同时汽缸也被冷却了。这样，当开始了一冲程再向汽缸通入蒸汽时，就会有很多蒸汽在没有
做功之前就因为其热量被汽缸所吸收而冷却，因此造成了蒸汽和热量的巨大损失。
为了克服这个缺陷，瓦特寻思：蒸汽作为一种具有伸缩性的气体，一遇真空即会冲进去
假如能使汽缸和一个真空容器相连，蒸汽肯定会冲进真空容器而冷凝，这样一来就不必使气
缸再冷却了。
于是，瓦特便把蒸汽的冷凝过程同汽缸相分离，在气缸外面单独设置一个冷凝器与汽缸相
连。果然不出所料，这样就避免了由于汽缸冷热变换所造成的热能损失。1765年，瓦特基本
上完成了这一发明。4年后，他取得了具有分离冷凝器的蒸汽机的专利。1776年第一台实用
型瓦特蒸汽机(缸径50厘米)在布鲁姆菲尔德煤矿开始实际使用。这种新型蒸汽机的热效率可
达2%～4%，比纽可门蒸汽机提高了4～6倍。
1765年，瓦特认识了罗巴克，当时，罗巴克刚取得了一座大煤矿的开采权，迫切需要更有效
的抽水机。他表示愿意帮瓦特完成研制工作，并负责偿付了瓦特1000英磅的债务。并且供
给他大批资金作为研制经费。
在罗巴克的经济开始发生困难时，一个名叫博尔顿的英国实业家提出愿意与瓦特合作。从此
，瓦特全力以赴攻克技术难关。
经过反复设计和实验，瓦特决定将汽缸完全封闭，用一套进汽阀门来控制。将原来的单向作
用式蒸汽机改进成了双向作用式蒸汽机。1782年瓦特取得了这一发明的专利。
实际上，瓦特早在完成双向推动蒸汽机的改进之前，为保持蒸汽机运行的平稳和作用力的均
匀，1781年就曾在威廉?默多克的启发下发明了一套“太阳行星”齿轮设备带动一个飞轮转
动，利用其惯性来调节蒸汽机的功率输出。当完成双向推动蒸汽机的改进以后，瓦特又在博
顿的鼓励和支持下进一步研究旋转式蒸汽机。1783年，瓦特采用一套连杆曲柄传动机构制成
了第一台实用的旋转式蒸汽机，同时他还采用一套联动装置，造成所谓平行运动，实现各个
进汽阀门随活塞运动的自动启闭过程。此后，瓦特又进行了不断的改进，1788年，他发明
离心调节器——用一个与蒸汽机的旋转相联动的离心调节阀调节蒸汽进入汽缸的数量，以保
证蒸汽机转速的稳定和蒸汽能量的有效利用。
至此，旋转式蒸汽机的问世使人类把蒸汽变为动力的古老幻想得以彻底实现，蒸汽机已可以
作为一切工业部门的动力机，像万能的钢驹铁马一样供整个机器大工业方便地驱使了。
工业革命 蒸汽推动
瓦特的第一台旋转式蒸汽机在1783年造出以后，首先在威尔金森的制铁厂被用于驱动蒸汽锤
，从1790年以后又开始被各个纺织厂普遍采用，到1830年英国已拥有2400台使用蒸汽动力的
纺织
机。此外旋转式蒸汽机已在采矿、冶金、机械、酿制、造纸、制革等部门得到广泛应用。
美国工程师富尔顿和发明家利文斯顿利用旋转式蒸汽机于1806年在纽约建造了第一艘蒸汽轮
船“克勒蒙特”号，并于次年以每小时5海里的速度完成了145海里的处女航。1814年英国的
史蒂文森又建造了第一台真正可用的蒸汽机车。
1810年以后，随着工业的发展和蒸汽机的改进，蒸汽机的数量继续迅猛增长，及至19世
纪中叶，其已成了在新兴机器大工业中占绝对统治地位的动力来源。
在历史上，摩擦取火把机械能转化为热能标志着人类认识并学会利用第一种强大的自然能源
，但是，只有当人们又通过万能的蒸汽机实现了这一转化的逆过程，而可以方便地把燃料燃
烧时所释放出的热能重新转化为机械能的时候，我们才可以说人类真正地掌握了这种强大的
自然能源。
正是由于蒸汽机的发明，才使工业革命得以发展下去，才建立了近代大工业的机器生产体系