“导航中医药交流群”精彩言论集——2020年11月份

武极

这一次他把目光瞄向了——化学。1869年，门捷列夫编制了功能类似“封神榜”的元素周期表。这涉及“神位”的宝贝，徐寿显然不想放过它，可在给这些化学元素命名的时候，犯难了，因为实在不好取名！

这都哪跟哪
人家是预测发现元素周期律。
他不过给变个名。

武极

武极 发表于 2021-6-21 21:02
徐寿首先瞄准的是妥妥的硬核——蒸汽机！可他就凭着《博物新编》上的简介，又跑到洋人船上瞅瞅看看，仅三个 ...

第二阶段 瓦特对蒸汽机的不断改进

瓦特与蒸汽机结缘，得益于格拉斯哥大学（University of Glasgow）的三位教授，Joseph Black和Adam Smith，以及后来的John Robison，他们为瓦特提供了一份维修和制作天文仪器的工作，并提供了一个小的工作车间。1763年瓦特被要求去修理一台学校的纽可门模型机，用于教学使用，此前送去伦敦维修没有修好，瓦特很快就修了。瓦特的可贵之处在于他修好之后，还对其工作原理、热机效率、制造工艺等一系列问题进行了深入思考，在经过很多实验后，瓦特验证了气缸每次循环中大约有四分之三的蒸汽热量被白白地浪费，而且由于每次循环都向气缸内喷入冷水不能连续工作。

1769年瓦特考虑如果单独设计一个冷凝装置，就不需要使汽缸的温度降到常温再重新加热，这样就可以提高热机效率，按照他的设计可将蒸汽机的效率提高3倍。依照这一思路，瓦特设计了带有分离式冷凝器的蒸汽机，瓦特为分离式冷凝器申请了专利保护，成为他的第1项专利。





瓦特蒸汽机 冷凝器与汽缸分离

1775年，瓦特与合伙人马修.博尔顿（Matthew Boulton,1728–1809），Soho铸造厂的老板开始合作，并将分离式冷凝蒸汽机投入生产，其煤耗不到纽可门机的 1/3。1781年，瓦特公司的雇员威廉•默多克（William Murdoch）发明了一种称为“太阳与行星”的曲柄齿轮传动系统，并以瓦特的名义成功申请了专利。此时，瓦特蒸汽机输出的不再是活塞的往复运动而是旋转运动，为其成为动力机奠定了基础。



太阳行星此轮机构

在合伙人博尔顿的帮助下，瓦特和他们的员工通力合作，对蒸汽机实现了革命性的改进。1781年，瓦特又发明了双向汽缸以提高效率，双向汽缸即在活塞两侧进汽，提高热机效率（见下图）。这时，控制双向汽缸的进汽装置成为关键，1784年，瓦特发明了平行四连杆机构，以保证双向汽缸的控制问题（见下图）。





双向汽缸



平行四连杆机构 完成 平行运动

经过这一系列的改进，纽可门机已经完全成为了瓦特蒸汽机。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。为了保证蒸汽机转速的平稳性，瓦特于1788年发明了离心式调速器。





离心式调速器

1790年瓦特发明了蒸汽机示工器，也有学者认为是瓦特的员工John Southern发明的。





蒸汽机示工器

在瓦特研制蒸汽机的过程中，Soho铸造厂的博尔顿起了关键性的决定作用。1794年，瓦特与博尔顿合伙组建了专门制造蒸汽机的公司，保证了蒸汽机的研究经费，事实上瓦特在博尔顿的经营下，很快就成了富翁，到1824年就生产了1165台蒸汽机，纺织业、采矿业、冶金业、造纸业等工业部门，都先后采用蒸汽机做为动力。





瓦特与他的前人相比，他对蒸汽机的改进不仅在于结构和制造工艺上的完善，同时还完成了许多蒸汽机的控制装置的设计，使蒸汽机更加的趋于稳定工作。瓦特的工作代表了蒸汽机演变中的第二个阶段。在这一过程中，我们过多的强调了瓦特的工作，实际上瓦特的合伙人博尔顿、以及他们的员工（如默多克）、以及当时的一些化学家、物理学家（如格拉斯哥大学的三位教授，以及圆月学社的一些知名人士）的作用不容忽视，应该说在瓦特天才般的发明创造能力之上，良好的人际关系也是瓦特成功的重要条件。



瓦特蒸汽机的工作原理图






第三阶段  蒸汽机效率的进一步提高

蒸汽机的雏形来源于帕平的高压锅安全阀，安全阀主要靠蒸汽机压力工作，一个显见的结论就是压力越大越可能提供更大的动力，但由于当时材料和结构制造水平低下，初期蒸汽机的蒸汽压力仅为0.11～0.13兆帕，称为低压蒸汽机，瓦特蒸汽机也属于低压蒸汽机。19世纪初，高压蒸汽机的发展迎来蒸汽机发展的第三阶段，但实际上高压蒸汽机可以再早一些，但由于瓦特的几项专利要到1800年才到期，因此在一定程度上也阻碍了高压蒸汽机的发展。

1800年英国的特里维希克（Richard Trevithik,1771－1833）发明了高压蒸汽机，他的目的是牵引蒸汽机车，并于1802年申请了专利。特里维希克发明了世界上第一台实用性轮轨蒸汽机车，他蒸汽机车在结构上初步具备了早期蒸汽机车的雏形，例如：机车由锅炉、烟囱、汽缸、动轮、摇杆、连杆、飞轮等部件组成。并实验了载客和货运功能。由于蒸汽机车本身和它牵引的货物太沉重了，生铁铸成的铁轨经常发生断裂事故，于是矿山的主人拒绝了德里维斯克的蒸汽机车，还是决定用老办法马拉货车来运矿石。