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为提高效率瓦特改良蒸汽机
作者：李铁
詹姆斯·瓦特是英国发明家和企业家，出生于苏格兰。1769年取得了蒸汽机核心专利 ，5年后，他与别的制造商合作制造首台实用型蒸汽机投入使用，他改进后的蒸汽机耗煤量仅为原来的1/4，能广泛应用于煤矿、纺织、冶金等行业，使欧洲进入“蒸汽时代” ，推动了第一次工业革命发展。
瓦特小时候因为身体较弱，去学校的时间不多，但他从小就表现出了精巧的动手能力以及数学上的天分。
17岁的时候，瓦特母亲去世了，而父亲的生意也开始走下坡路。于是瓦特到伦敦一家仪表修理厂做了一年学徒工，然后回到苏格兰。他本打算开一家自己的修理店，但是由于没有做够要求的7年学徒工，他的开店申请还是被拒绝了。1755年，他只好离开苏格兰，另谋生路。
1757年，伦敦格拉斯哥大学的一位教授让他在学校里开设了一间小修理店，这帮助他走出了困境。学校的另一位教授，物理学家约瑟夫·布莱克更是成了瓦特的朋友与导师。
瓦特的小店开业5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。谁染当时他从未亲眼见过一台可以运转的蒸汽机，但是他坚持实验并且阅读了所有他能找到的有关蒸汽机的材料。
1763年，瓦特得知格拉斯哥大学有一台纽科门蒸汽机正在伦敦修理，他立即请求学校取回这台蒸汽机并亲自修理。修好后这台蒸汽机虽然勉强可以工作，但是效率很低。瓦特又点犯愁，经过大量实验，他发现效率低的原因是因为活塞每推动一次，气缸里的蒸汽就必须先冷凝，然后再加热，才能进行下一次推动，而且，这使得蒸汽80%的热量都耗费在维持气缸的温度上。瓦特决心对此进行改进，1765年，经过反复试验，他终于取得了关键性的进展。他想到将冷凝器与气缸分离开来，使气缸温一直维持在最早注入蒸汽的温度，并在此基础上建造了一个可以连续运转的模型。
1776年，瓦特的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往复直线运动，主要应用于抽水泵上。但在之后的5年中，瓦特赢得了大量的订单，并奔波于各个矿场之间，安装由这种新型蒸汽机带动的水泵。后来，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。
1781年，瓦特又对蒸汽机作了一系列改进，他发明了双向气缸，使得蒸汽能够从两端进出，可以推动活塞双向运动，而不是以前那样只能单向推动。他还发明了一种气压指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。他还发明了齿轮联动装置，将蒸汽机的往复运动转化为连续的旋转运动。由于担心爆炸的危险，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效率提高5倍。
1782年瓦特的双向式蒸汽机取得专利，同年他发明了一种标准功率单位：瓦特。在国际单位制中，功率单位以瓦特命名，简称为瓦。
两年后，瓦特对他的新型蒸汽机又进行了改进，增加了一种自动调节蒸汽机速率的装置，使它能适用于各种机械的运动。从此之后，纺织业、采矿业、冶金业、造纸业等工业部门，都先后采用蒸汽机作为动力。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。瓦特也赚到了不少钱。
步入晚年后，瓦特在半退休之前还有很多其它发明。1819年8月25日，83岁的瓦特于英国家中去世。
文/李铁
编辑/王孝付
作者近照
作者简介：作者李铁，1993年中国人民大学新闻专业硕士毕业，在甘肃新华社分社担任10年一线记者，熟悉西北5省特别是甘肃一草一木，冒着生命危险去过甘肃很多偏远地方，2002年到北京工作至今。
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