一蒸汽機(jī)的早期發(fā)現(xiàn)ppt課件

1、蒸汽機(jī)的早期發(fā)展,思考題,1、最早利用蒸汽力的人是哪能個(gè)國(guó)家的,叫什么名字?發(fā)生在哪個(gè)時(shí)期? 2、蒸汽機(jī)的發(fā)明經(jīng)歷了哪幾個(gè)科學(xué)家的研究?各有何特點(diǎn)? 3、簡(jiǎn)述蒸汽機(jī)的發(fā)明和利用與熱學(xué)的關(guān)系。,一、簡(jiǎn)要介紹蒸汽機(jī)發(fā)展的過(guò)程,二、紐可門(mén)蒸汽機(jī)與瓦特蒸汽機(jī)的發(fā)展與其工作 原理,第一個(gè)利用蒸汽力的人,空心的、方向相反的彎管，把這個(gè)空心球卡在連通著蒸汽的管道上，當(dāng)球下面的器皿里的水燒沸騰起來(lái)的時(shí)候，蒸汽進(jìn)入那個(gè)空心球，然后從裝在空心球上的兩根彎管的管口噴了出來(lái)，因?yàn)閮蓚€(gè)管口的方向相反，兩股相反的力形成一股扭力，這股扭力就會(huì)推動(dòng)著空心球不停地迅速轉(zhuǎn)動(dòng) 這是人類最早發(fā)明的將蒸汽力轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N運(yùn)動(dòng)的方法，用人們

2、的現(xiàn)代科技名詞來(lái)表述，它可以稱得上是早期的蒸汽機(jī),最早發(fā)現(xiàn)蒸汽的力量，并且利用這股力量制作出了第一臺(tái)利用蒸汽力的器具的發(fā)明人，最早可追朔到公元前130年埃及人希龍. 希龍最著名的發(fā)明是用蒸汽推動(dòng)的空 心球空心球是用銅做的，上面連著兩個(gè),在此后的一千多年內(nèi),并無(wú)進(jìn)一步發(fā)展,直到17世紀(jì),才又對(duì)熱機(jī)進(jìn)行新的探索. 進(jìn)入17世紀(jì),最先把蒸汽動(dòng)力技術(shù)的設(shè)想付諸實(shí)施的，是法國(guó)著名物理學(xué)家、工程師丹尼斯巴本（ Denis Papin 1647-1714 ）從 1674 年開(kāi)始，巴本致力于蒸汽泵的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的實(shí)驗(yàn)研究與理論探索，他從歐洲當(dāng)時(shí)的煉鐵場(chǎng)廣泛使用的那種活塞式風(fēng)箱中受到啟發(fā)，認(rèn)為有可能把風(fēng)

3、箱變?yōu)槠?，而把風(fēng)箱中的活塞變?yōu)槠字械幕钊?巴本的活塞式蒸汽機(jī),1690年, 丹尼斯巴本在德國(guó)發(fā)明了第一部活塞式蒸汽機(jī)巴本的蒸汽機(jī)是由一直徑約2.5英寸，裝有活塞和連桿的豎式管子構(gòu)成的管子下部盛水，加熱使水變成蒸汽，蒸汽推動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)活塞上升到頂部時(shí)，被插銷固定住，移去熱源，再向汽缸內(nèi)噴水,使蒸汽冷凝，汽缸內(nèi)形成真空拔去插銷，在上部大氣壓力的推動(dòng)下，使活塞慢慢向下運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)杠桿提起重物豎式管子完成了鍋爐、汽缸和凝汽器三重功能,巴本的活塞式蒸汽機(jī),火,插銷,重物,巴本是第一個(gè)應(yīng)用蒸汽在汽缸中推動(dòng)活塞的人通過(guò)這一實(shí)驗(yàn)，使巴本認(rèn)識(shí)到，利用蒸汽壓力、大氣壓力、真空作用的交互作用，完全可以推動(dòng)汽缸

4、內(nèi)的活塞及其活塞桿作往返的直線運(yùn)動(dòng)而這種運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的機(jī)械動(dòng)力可以帶動(dòng)其他機(jī)械的運(yùn)動(dòng)這樣，第一臺(tái)可以把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的實(shí)驗(yàn)型的蒸汽泵，就于1690年在德國(guó)試驗(yàn)成功了 巴本的活塞式蒸汽機(jī)只是實(shí)驗(yàn)性的,他設(shè)計(jì)的帶安全閥的鍋爐，長(zhǎng)期作為為學(xué)校物理課的教具,1696年，英國(guó)皇家工程隊(duì)的機(jī)械工程師托馬斯塞維利 (ThomasSavery，1650-1715)研制的蒸汽泵的主要構(gòu)件是汽缸與鍋爐塞維利的汽缸與巴本的汽缸很不相同塞維利的汽缸未采用活塞，只是在其中接有吸水管、排水管和進(jìn)汽管, 直接依靠真空把水吸上來(lái)，再用蒸汽壓力把水?dāng)D出去 塞維利蒸汽機(jī)的工作原理如下:,塞維利的蒸汽機(jī),連接鍋爐和汽桶的管道有一閥

5、門(mén)，可以啟開(kāi)通入蒸汽，也可以關(guān)閉不讓蒸汽進(jìn)入與汽桶相通的管和管，則都有一個(gè)單向閥門(mén)，只能讓水流進(jìn)和流出 鍋爐里的水燒開(kāi)以后，開(kāi)啟連接鍋爐和汽桶的管道閥門(mén), 蒸汽進(jìn)入汽桶，蒸汽擠壓著汽桶里的水從通向上方的管中排出，待汽桶里的水排空，關(guān)閉管的閥門(mén)和開(kāi)啟連接鍋爐和汽桶的管道閥門(mén), 將蒸汽冷凝，汽桶變成真空狀態(tài)，開(kāi)啟管的閥門(mén), 大氣壓力就會(huì)擠壓著地下水從通向下方的管中涌上來(lái)，將汽桶灌滿如此反復(fù)進(jìn)行.,p,p,汽桶,鍋爐,塞維利發(fā)明的這種機(jī)器，原理和構(gòu)造都比較簡(jiǎn)單，但卻同時(shí)利用了兩種力量：利用蒸汽的張力把水送出去，利用大氣的壓力將水從地下提上來(lái) 使人感到失望的是，塞維利的蒸汽抽水機(jī)在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，并

6、沒(méi)有達(dá)到高的效率它并不能將水升到深井中所需要的高度，而如果將蒸汽的壓力再加大一些，又很容易造成鍋爐承受不住這么大的壓力而發(fā)生爆炸再者它的鍋爐受熱面積太小，在冷凝過(guò)程中造成的燃料浪費(fèi)十分嚴(yán)重，如果用它來(lái)給城市居民供水，費(fèi)用又太昂貴，所以，蒸汽機(jī)只用在私人住宅的花園中進(jìn)行裝飾性噴水，因?yàn)檫@不需要很大的功率，提升的高度也不大，效果還可以,塞維利機(jī)是人類歷史上可以實(shí)際應(yīng)用的第一部蒸汽機(jī),紐可門(mén)的蒸汽機(jī),由于塞維利的蒸汽機(jī)具有不少缺點(diǎn)，例如它動(dòng)作緩慢，抽提水的高度和數(shù)量有限，還需要人在那里不斷地定時(shí)啟閉閥門(mén)；而且既沒(méi)有壓力計(jì)來(lái)測(cè)量鍋爐里的壓力，又沒(méi)有調(diào)節(jié)裝置例如減壓閥之類來(lái)減少壓力，因而存在著實(shí)際的爆炸

7、危險(xiǎn)性，所以它的推廣有限，這種狀態(tài)勢(shì)必激勵(lì)著其他的人來(lái)對(duì)蒸汽機(jī)進(jìn)行創(chuàng)新、改良成果之一，就是導(dǎo)致了紐可門(mén)蒸汽機(jī)的出現(xiàn) 英國(guó)鐵匠托馬斯紐可門(mén)(ThomasNewcomen，1663-1729)綜合了塞維利和巴本機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)明了空氣蒸汽機(jī)，并于1712年有效地應(yīng)用于礦井排水和農(nóng)田灌溉紐可門(mén)設(shè)計(jì)的蒸汽機(jī)比賽維利的更簡(jiǎn)單.,紐可門(mén)蒸汽機(jī)的原理：鍋爐與汽缸相通連，汽缸上面有一個(gè)活塞，活塞借一根桿系于一根搖動(dòng)的橫桿的一頭，橫桿的另一頭連著排水泵當(dāng)汽缸里的蒸汽膨脹時(shí)，推動(dòng)活塞上升，使橫桿的另一端下降，下面連接有重量的平衡錘，擠壓著水泵上的活塞下降；當(dāng)向汽缸里的蒸汽噴灑少量的水使其冷凝，這樣就在汽缸里造成局部真

8、空，大氣壓力就會(huì)推動(dòng)活塞下降，帶動(dòng)著橫桿將平衡錘提起使地下水被大氣壓力擠壓著，沖開(kāi)活塞涌入水泵這樣，只要連接著鍋爐的汽缸不斷充汽、冷凝，它的活塞就會(huì)不斷地上下往復(fù)，抽水機(jī)也就連續(xù)不斷地工作了,紐可門(mén)蒸汽機(jī)原理圖,紐可門(mén)蒸汽機(jī)活塞為單程作功，即汽缸進(jìn)汽之后頂起活塞作功一次，然后回程不作功，然后再進(jìn)汽，再頂起做功 紐可門(mén)蒸汽機(jī)發(fā)明之初，是一種制作工藝相當(dāng)粗糙而且簡(jiǎn)陋的機(jī)型，由于不具備對(duì)機(jī)器零部件進(jìn)行精密加工的設(shè)備，活塞與汽缸彼此間本應(yīng)要求是緊密吻合的，但達(dá)不到這種要求，相互間留著相當(dāng)大的空隙，工作時(shí)只有靠水覆蓋著才能達(dá)到密閉的要求；而用冷水澆灌汽缸使里面的蒸汽冷凝，由于冷卻的溫度不夠，未能獲得理想

9、的、完全的真空；特別惱人的是，安裝在汽缸與鍋爐通道上的那個(gè)龍頭，每隔七八分鐘就需人去開(kāi)關(guān)一次，十分繁瑣，等等，都是不可否認(rèn)的缺陷,盡管紐可門(mén)蒸汽機(jī)還存在著這樣那樣的缺點(diǎn)或不足之處，但它畢竟是蒸汽機(jī)發(fā)展過(guò)程中一個(gè)重要的轉(zhuǎn)點(diǎn)正是由于紐可門(mén)蒸汽機(jī)的出現(xiàn)，蒸汽機(jī)才真正在社會(huì)工業(yè)生產(chǎn)中展現(xiàn)出它那巨大的推動(dòng)力量 至于說(shuō)到蒸汽機(jī)在理論上和實(shí)踐上都取得重大突破，這個(gè)問(wèn)題，要等到將近半個(gè)世紀(jì)以后，由瓦特對(duì)它進(jìn)行深入地研究，并和當(dāng)時(shí)的物理學(xué)家進(jìn)行探討以后，才發(fā)生了根本性的變化,1763年，英國(guó)格拉斯哥大學(xué)有一臺(tái)教學(xué)用的紐可門(mén)蒸汽機(jī)壞了，雖然曾經(jīng)把送到倫敦去找名匠修理過(guò)，可取回來(lái)后不久又不運(yùn)轉(zhuǎn)了，于是該校的儀器修理

10、工瓦特(TamesWatt,1736-1819)著手修理這部機(jī)器在修理的過(guò)程中，瓦特發(fā)現(xiàn)紐可門(mén)蒸汽機(jī)并不像他渴望和仰慕已久的蒸汽機(jī)那樣完美，而存著不少明顯的缺點(diǎn) 比如說(shuō)，瓦特發(fā)現(xiàn)紐可門(mén)蒸汽機(jī)也太費(fèi)燃料了，通過(guò)大量的試驗(yàn)和計(jì)算，發(fā)現(xiàn)用煤燒出的蒸汽，僅僅只有四分之一用在作功上，而那四分之三卻白白浪費(fèi)了,瓦特蒸汽機(jī),格拉斯哥大學(xué)化學(xué)教授布萊克 (JosephBlaCk，1728-1799)用他的潛熱學(xué)理論對(duì)紐可門(mén)蒸汽機(jī)的弊病作了解釋 ：紐可門(mén)蒸汽機(jī)的要害在蒸汽缸上它的汽缸既容納從鍋爐里噴出來(lái)的蒸汽，當(dāng)蒸汽注滿以后，又要立即噴上冷水，使蒸汽冷凝才能產(chǎn)生真空, 利用氣壓的壓差去推動(dòng)橫桿這樣，汽缸一會(huì)兒需

11、要加熱到充滿蒸汽的程度，一會(huì)兒又要澆涼到使蒸汽完全冷凝的程度，更何況將澆開(kāi)的水加熱成水蒸汽，還需要相當(dāng)多的“潛熱”，那當(dāng)然得多燒很多的煤. 再說(shuō)，這樣用冷水去澆汽缸而使蒸汽冷凝的方法，所得到的冷凝效果也是不充分的. 原來(lái)那沒(méi)有產(chǎn)生做功作用而白白燒掉的四分之三的煤，都消耗在既作為汽缸，又完成冷凝功能，一物兩用的汽缸兼冷凝器上面,為了減少熱量的損耗、提高效率，瓦特想出把主汽缸始終保持在同一高溫上，而用一個(gè)保持低溫的冷卻器來(lái)冷凝蒸汽，這樣每次動(dòng)作就用不著重新加熱汽缸而損失熱量. 1765年瓦特運(yùn)用熱學(xué)理論終于研制成了分離冷凝器. 瓦特改進(jìn)的蒸汽機(jī)，鍋爐與汽缸相通，冷凝器與汽缸之間有一個(gè)調(diào)節(jié)閥門(mén)相連，

12、使冷凝器與汽缸既能連通又能分開(kāi)這樣，既能把汽缸中做工后的蒸汽引入汽缸外的冷凝器冷卻，又可以使汽缸內(nèi)產(chǎn)生同樣的真空，避免了汽缸在一冷一熱過(guò)程中熱量的消耗瓦特也因發(fā)明冷凝器而獲得他在革新紐可門(mén)蒸汽機(jī)的過(guò)程中的第一項(xiàng)專利 ,據(jù)理論計(jì)算，瓦特改進(jìn)后的蒸汽機(jī)的效率將是紐可門(mén)蒸汽機(jī)的三倍然而，瓦特辛辛苦苦造出了幾臺(tái)蒸汽機(jī)，效果反而不如紐可門(mén)蒸汽機(jī)，甚至四處漏氣，無(wú)法開(kāi)動(dòng) 在此后三年多的時(shí)間里，瓦特克服了在材料和工藝等各方面的困難，終于在1769年制出了第一臺(tái)樣機(jī) 第一臺(tái)帶有冷凝器的蒸汽機(jī)雖然試制成功了，但它同紐可門(mén)蒸汽機(jī)相比，除了熱效率有顯著提高外，在作為動(dòng)力機(jī)來(lái)帶動(dòng)其他工作機(jī)的性能方面仍未取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展

13、就是說(shuō)，瓦特的這種蒸汽機(jī)還是無(wú)法作為真正的動(dòng)力機(jī),自1769年試制出帶有分離冷凝器的蒸汽機(jī)樣機(jī)之后，瓦特就已看出熱效率低已不是他的蒸汽機(jī)的主要弊病，而活塞只能作往返的直線運(yùn)動(dòng)才是它的根本局限1781年，瓦特可能是受當(dāng)年發(fā)現(xiàn)的天王星以及由此引出的行星繞日的圓周運(yùn)動(dòng)的啟發(fā)，也許是受鐘表中的齒輪的圓周運(yùn)動(dòng)的啟發(fā)他想到了把活塞往返的直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)的圓周運(yùn)動(dòng)就可以使動(dòng)力傳給任何工作機(jī)同年，他研制出了一套被稱為“太陽(yáng)和行星”的齒輪聯(lián)動(dòng)裝置，終于把活塞的往返的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)辇X輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為了使輪軸的旋軸增加慣性，從而使圓周運(yùn)動(dòng)更加均勻，瓦特還在輪軸上加裝了一個(gè)火飛輪由于對(duì)傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)的這一重大革新，瓦特的這種

14、蒸汽機(jī)才真正成為了能帶動(dòng)一切工作的動(dòng)力機(jī)1781年底，瓦特以發(fā)明帶有齒輪和拉桿的機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置獲得第二個(gè)專利,瓦特在發(fā)明齒輪聯(lián)動(dòng)裝置之后，對(duì)汽缸本身進(jìn)行了研究，他發(fā)現(xiàn)，他雖然把紐可門(mén)蒸汽機(jī)的內(nèi)部冷凝變成了外部冷凝，使蒸汽機(jī)的熱效率有了顯著提高，但他的蒸汽機(jī)中蒸汽推動(dòng)活塞的沖程工藝與紐可門(mén)蒸汽機(jī)沒(méi)有不同兩者的蒸汽都是單項(xiàng)運(yùn)動(dòng)，從一端進(jìn)入、另一端出來(lái)他想，如果讓蒸汽能夠從兩端進(jìn)入和排出，就可以讓蒸汽既能推動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)又能推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)那么，他的效率就可以提高一倍1782年，瓦特根據(jù)這一設(shè)想，試制出了一種帶有雙向裝置的新汽缸由此瓦特獲得了他的第三項(xiàng)專利把原來(lái)的單項(xiàng)汽缸裝置改裝成雙向汽缸，這是瓦特在改進(jìn)紐可門(mén)蒸汽機(jī)的過(guò)程中的第三次飛躍通過(guò)這三次技術(shù)飛躍，紐可門(mén)蒸汽機(jī)完全演變?yōu)榱送咛卣羝麢C(jī),瓦特蒸汽機(jī),1784年，瓦特以帶有飛輪、齒輪聯(lián)動(dòng)裝置和雙向裝置的高壓蒸汽機(jī)的綜合組裝取得了他在革新紐可門(mén)蒸汽機(jī)過(guò)程中的第四項(xiàng)專利1788年，瓦特發(fā)明了離心調(diào)速器和節(jié)氣閥；1790年，他又發(fā)明了汽缸示工器，至此瓦特完成了蒸汽機(jī)發(fā)明的全過(guò)程 從最初接觸蒸汽技術(shù)到瓦特蒸汽機(jī)研制成功，瓦特走過(guò)了二十多年的艱難歷程瓦特雖然多次受挫、屢遭失敗，但他仍然堅(jiān)持不懈、百折不回，終于完成了對(duì)紐可門(mén)蒸汽機(jī)的多次革新使蒸