蒸氣是物質受熱受壓後由液態變為氣態的形式。通俗點說蒸氣就是液體（液態物質）蒸發或沸騰後所產生（成為）的氣體（氣態物質）。
基本介紹
- 中文名：蒸氣
- 外文名：vapor
- 液態鐵：2750℃
- 液態鉛：1740℃
- 水銀（汞）：357℃
- 水：100℃
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定義
蒸氣是物質受熱受壓後由液態變為氣態的形式。通俗點說蒸氣就是液體（液態物質）蒸發或沸騰後所產生（成為）的氣體（氣態物質）。例如：濕衣服上的水以蒸發的方式變成氣態。
蒸氣
蒸氣液體表面積越大，蒸發越快；液體溫度越高，蒸發越快；液體表面附近空氣流動越快，蒸發越快；隨著對水的加熱，水的溫度不斷升高。達到某一溫度時，水開始沸騰，此後雖然對水加熱，但水溫不再升高。
相關參數
蒸氣與蒸汽不同，蒸汽特指水蒸氣，即蒸汽是蒸氣的一個子集。（其關係見右圖）
蒸氣在使用時一般會在前面加限定詞說明是某種蒸氣。
沸點參數（單位℃）
液態鐵：2750
液態鉛：1740
水銀（汞）：357
亞麻仁油：287
食用油：約250
萘：218
煤油：150
甲苯：111
水：100
酒精：78
乙醚：35
液態氨：-33
液態氧：-183
液態氮：-196
液態氫：-253
液態氦：-268.9
理想蒸氣
溶液中一種組元的蒸氣壓力是這個組元離開溶液的趨勢的一個量度。（純液體的蒸氣壓力：該物質離開溶液的趨勢的量度）
非理想蒸氣
一種組元的逸度是這個組元離開溶液的趨勢的量度。
蒸汽套用
區別介紹
水蒸氣是一種氣態的水，無色。
水蒸氣的形成
當水的溫度超過100攝氏度時（或說超過沸點時），水分子因為吸收了足夠大的內能，從而使其轉換成脫離分子束縛的斥力，分子之間的距離開始變大，水便從液態轉變為氣態水。這種氣態水中不含有任何其他物質，是理論上的蒸餾水（空氣中含有雜質）也稱水蒸氣。
蒸氣
蒸氣當水在沸點以下時，水也可以緩慢地蒸發成水汽。
水蒸氣與水
科學地應說，水在常溫下，會慢慢地變為水蒸氣飛散到空中，這種現象就叫蒸發。地上的水變成了水蒸氣，這些水蒸氣在天上形成了白雲；如果水蒸氣凝結成較大的水滴，水滴就會落下來形成雨。
水蒸氣與白氣
大量水蒸氣在空氣中凝結時，常呈現一團“白氣”狀，“白氣”常被誤認為水蒸氣。使沸騰的水變成的水蒸氣在空氣中受冷，便可通過比較“白氣”和水蒸氣的顏色、形態、發生部位的不同，可以知道“白氣”不是水蒸氣，而是水蒸氣凝結成的小水滴飄浮在空氣中。
蒸氣
蒸氣水蒸氣與水蒸汽
水蒸氣：指特定空間的水全部以氣相形態的形式存在，當然這必須滿足一定的物理條件。
水蒸汽：指特定空間的水存在形態是氣-液二相，其中液相可以是“霧”狀分散形式存在，也可以是大量液滴聚集形式存在，當然這也必須滿足一定的物理條件。在實際套用中，接觸到的大多數指的是“水蒸汽”。
蒸汽機
蒸汽機的歷史
蒸氣16世紀末到17世紀後期，英國的採礦業，特別是煤礦，已發展到相當的規模，單靠人力、畜力已難以滿足排除礦井地下水的要求，而現場又有豐富而廉價的煤作為燃料。現實的需要促使許多人，如英國的帕潘、薩弗里、紐科門等就致力於“以火力提水”的探索和試驗。
薩弗里製成的世界上第一台實用的蒸汽提水機，在1698年取得標名為“礦工之友”的英國專利。他將一個蛋形容器先充滿蒸汽，然後關閉進汽閥，在容器外噴淋冷水使容器內蒸汽冷凝而形成真空。打開進水閥，礦井底的水受大氣壓力作用經進水管吸入容器中；關閉進水閥，重開進汽閥，靠蒸汽壓力將容器中的水經排水閥壓出。待容器中的水被排空而充滿蒸汽時，關閉進汽閥和排水閥，重新噴水使蒸汽冷凝。如此反覆循環，用兩個蛋形容器交替工作，可連續排水。
薩弗里的提水機依靠真空的吸力汲水，汲水深度不能超過六米。為了從幾十米深的礦井汲水，須將提水機裝在礦井深處，用較高的蒸汽壓力才能將水壓到地面上，這在當時無疑是困難而又危險的。
紐科門及其助手卡利在1705年發明了大氣式蒸汽機，用以驅動獨立的提水泵，被稱為紐科門大氣式蒸汽機。這種蒸汽機先在英國，後來在歐洲大陸得到迅速推廣，它的改型產品直到19世紀初還在製造。紐科門大氣式蒸汽機的熱效率很低，這主要是由於蒸汽進入汽缸時，在剛被水冷卻過的汽缸壁上冷凝而損失掉大量熱量，只在煤價低廉的產煤區才得到推廣。 1764年，英國的儀器修理工瓦特為格拉斯哥大學修理紐科門蒸汽機模型時，注意到了這一缺點，並於1765年發明了設有與汽缸壁分開的凝汽器的蒸汽機，並於1769年取得了英國的專利。初期的瓦特蒸汽機仍用平衡槓桿和拉桿機構來驅動提水泵，為了從凝汽器中抽除凝結水和空氣，瓦特裝設了抽氣泵。他還在汽缸外壁加裝夾層，用蒸汽加熱汽缸壁，以減少冷凝損失。
蒸氣1801年，英國的特里維西克提出了可移動的蒸汽機的概念，1803年，這種利用軌道的可移動蒸汽機首先在煤礦區出現，這就是機車的雛型。英國的史蒂芬森將機車不斷改進，於1829年創造了“火箭”號蒸汽機車，該機車拖帶一節載有30位乘客的車廂，時速達46公里/時，引起了各國的重視，開創了鐵路時代。
19世紀末，隨著電力套用的興起，蒸汽機曾一度作為電站中的主要動力機械。1900年，美國紐約曾有單機功率達五兆瓦的蒸汽機電站。
蒸汽機的發展在20世紀初達到了頂峰。它具有恆扭矩、可變速、可逆轉、運行可靠、製造和維修方便等優點，因此曾被廣泛用於電站、工廠、機車和船舶等各個領域中，特別在軍艦上成了當時唯一的原動機。
蒸汽機的結構
蒸汽機按蒸汽在活塞一側或兩側工作，可分為單作用和雙作用式；按汽缸布置方式，可分為立和臥式；按蒸汽是在一個汽缸中膨脹或依次連續在多個汽缸中膨脹，可分為單脹式和多脹式；按蒸汽在汽缸中的流向，可分為回流式和單流式；按排汽方式和排汽壓力可分為凝汽式、大氣式和背壓式。
簡單蒸汽機主要由汽缸、底座、活塞、曲柄連桿機構、滑閥配汽機構、調速機構和飛輪等部分組成，汽缸和底座是靜止部分。從鍋爐來的新蒸汽，經主汽閥和節流閥進入滑閥室，受滑閥控制交替地進入汽缸的左側或右側，推動活塞運動。
蒸氣
蒸氣蒸汽機的效率
蒸汽機的發展首先體現在功率和效率的提高，而這又主要取決於蒸汽參數的提高。初期蒸汽機的蒸汽壓力僅為0.11～0.13兆帕，19世紀初才達到0.35～0.7兆帕，20世紀20年代曾用到6～10兆帕。在蒸汽溫度上，19世紀末還不超過250℃，而到20世紀30年代曾用到450～480℃。 至於效率，瓦特初期連續運轉的蒸汽機，按燃料熱值計總效率不超過3%；到1840年，最好的凝汽式蒸汽機總效率可達8%；到20世紀，蒸汽機最高效率可達到20%以上。
在轉速方面，18世紀末瓦特蒸汽機僅40～50轉/分；20世紀初轉速達到100～300轉/分，個別蒸汽機曾達到2500轉/分。在功率方面，最初單機功率僅幾馬力，20世紀初的一台船用蒸汽機的功率可達25000馬力。
隨著蒸汽參數和功率的提高，蒸汽已不可能在一個汽缸中繼續膨脹，還必須在相連線的汽缸中繼續膨脹，於是出現了多級膨脹的蒸汽機。蒸汽機因受到潤滑油閃點的限制，所用蒸汽的最高溫度一般都不超過400℃，機車，船用等移動式蒸汽機還略低一些，多數不高於350℃。考慮到膨脹的可能性和結構的經濟性，常用壓力在2.5兆帕以下。蒸汽參數受到限制，從而也限制了蒸汽機功率的進一步提高。
蒸汽機的出現和改進促進了社會經濟的發展，但同時經濟的發展反過來又向蒸汽機提出了更高的要求，如要求蒸汽機功率大、效率高、重量輕、尺寸小等。儘管人們對蒸汽機作過許多改進，不斷擴大它的使用範圍和改善它的性能，但是隨著汽輪機和內燃機的發展，蒸汽機因存在不可克服的弱點而逐漸衰落。
蒸汽機的弱點
蒸汽機的弱點是：離不開鍋爐，整個裝置既笨重又龐大；新蒸汽的壓力和溫度不能過高，排氣壓力不能過低，熱效率難以提高；它是一種往復式機器，慣性力限制了轉速的提高；工作過程是不連續的，蒸汽的流量受到限制，也就限制了功率的提高。
因此，拋棄了笨重鍋爐的內燃機，最終以其重量輕，體積小、熱效率高和操作靈活等優點，在船舶和機車上逐漸取代了蒸汽機。汽輪機則以其熱效率高、單機功率大、轉速高、單位功率重量輕和運行平穩等優點，將蒸汽機排擠出了電站。
接著電動機又以其使用方便，代替了蒸汽機在工業設備中的套用。然而小功率蒸汽機熱效率比汽輪機高，所以在產煤區或只有劣質燃料的地區或某些特殊場合，蒸汽機仍有發揮作用的餘地。
爐膽可設計為波形，減少熱膨脹應力，增加輻射受熱面。
套用先進的數位化控制技術，可遠程精確監控燃燒過程。
自動化程度，各種保完善。
選配優質進口低NOx燃燒機，燃燒充分，屬於環保產品。
可選配冷凝換熱器和空氣預熱器，從而提高鍋爐效率。
可增設通訊接口實現上位機控制。
鍋爐製造規範，嚴格按國家有關標準製造。
整體快裝出廠，外形美觀，色澤明快。
蒸汽鍋爐
基本介紹
利用中心對稱的三回程結構的設計思想，設計容量較大的三回程蒸汽鍋爐。這種鍋爐最大的特點：所有的受壓元件與鍋筒中心對稱，鍋爐採用全濕背式結構，以極大的內筒和偏心火箱的結構，其有利於提供足夠的輻射受熱面。而對流受熱面有第二回程和三回程的管束構成。回燃室前管板採用與爐膽連線，回燃室後管板採用橢球形封頭和管板。第二回程和第三回程轉煙室構成了前煙箱，此出煙煙溫已低於500℃。因此，前煙箱的結構採用輕形結構的耐火保溫材料。後煙箱煙氣出口布置在沿筒體縱軸的方向，不僅可以縮短爐體長度；又可以避免煙囪放在垂直於筒體縱軸線的方向上，在鍋爐啟動停止時冷凝水腐蝕鍋爐本體。這種鍋爐的設計主要考慮了鍋爐檢修和穩定的原則。鍋爐回水進口內設定的混水裝置，回水先沖刷煙管管束，再接觸爐膽，提高了回水接觸爐膽的水溫。避免了局部產生過冷沸騰的現象。爐水在燃燒煙氣高溫部分的下層，低溫在上部流動.就熱對流而言，已達到最佳的結構設計。蒸汽鍋爐也達到最大的汽化空間，加之後部加上隔板導致循環水流經回燃室的高溫表面，使之合理均勻傳熱.確保回燃室的管板安全運行。
蒸氣
蒸氣煙管與管板工藝
對稱活動鉸接前、後煙門開啟方便，便於檢修，清理。
鍋爐結構緊湊，安裝運輸方便。出廠前經過熱態調試，不管在開機率還是在運行中都能穩定運行。本系列鍋爐配有進口補水泵和燃燒器，全自動程式控制，自動化程度高。可使鍋爐達到最佳的燃燒效果。
保護系統
水位保護
鍋爐配套一至二隻板式水位計，應經常相互比較，發現指示不一致的，須立即校正。水位計應每班進行沖洗，以確定其真實水位。同時還配有電極點水位平衡筒，可以準確的採集水位信號以發出報警或進行給水泵控制。
壓力保護
燃油(氣)蒸汽鍋爐壓力保護與水位一樣，採用多重保護。
一般用二個壓力控制器，將壓力信號轉化為電氣信號的機電轉換裝置，它的功能將壓力高、低不同的信號輸給電氣開關，對外線路進行自動控制或連鎖保護。
溫度保護
溫度保護是鍋爐安全運行過程中的重要程式，對於蒸汽鍋爐溫度的調節及保護尤為重要；同時在熱水鍋爐超溫時達到調節保護作用。鍋爐常用的溫度保護裝置為雙金屬溫度控制器.
熄火保護
防止爐膛爆炸事件的發生，燃油（氣）鍋爐必須設定熄火保護裝置，功能是監測爐膛內燃燒情況（包括點火，當點火失敗或燃燒中途熄滅時，一般在5秒內重新點火，1秒鐘內運行，關閉進油（氣）電磁閥，並接通和發出聲光報警信號，這時鼓風機繼續運轉，吹掃爐膛內殘餘的可燃氣體，經過20～30秒鐘的吹掃後，自動切斷鼓風機及各種輔機電源，鍋爐停止運行。）由火焰監測器和控制裝置組成。火焰監測器的作用是將控制裝置發出火焰存在或中斷的信號。
蒸氣
蒸氣停電保護
在突發電源中斷情況下，鍋爐運行立即停爐自鎖，若電流恢復通電，隨時啟動，必須復位解除自鎖，才能重新點火啟動。
採用進口彩色和單色觸控螢幕控制系統，運行過程實現全自動化，具有自動補水、缺水、超溫、超壓、自動斷電並報警、漏電保護等安全保護系統.
蒸汽機特點
2、節能環保。該鍋爐為三回程中小型鍋爐，兩個燃燒過程，一個是燃料本身的燃燒，一個是燃料在密閉高溫的狀態下產生可燃性混合氣體後的氣化燃燒過程，鍋爐合理的設計結構使燃料的氣化過程平穩充分、完全，並採用逆向氣化燃燒，燃燒完全，而且配置了專用省煤器，使鍋爐的熱效率高達85%以上，節能效果明顯。燃料在爐內經過氣化後完全燃燒，無煙排放。
5、大容量型燃料室。一次加足燃料可以燃燒數個小時，極大減少司爐工的勞動強度。
蒸汽火車
蒸汽火車簡介
蒸汽火車外觀和功用與如今的各種火車相差不遠，但是它是世界上第一代的火車,是利用為動力，蒸汽機為核心的最初級最古老的火車。
蒸汽火車通過用煤燒水，使水變成蒸汽，從而推動活塞，使火車運行。
在人們的心目中，氣勢磅礴的蒸汽機車具有一種特殊的意味，因為它曾以無比的巨力開啟過人類歷史上一個嶄新的時代。
蒸汽火車歷史
瓦特的歷史
喜歡尋根問底的孩子。瓦特1736年出生於英國格拉斯哥市附近的一個小鎮，他的祖父曾經是一位教師，教授數學、測量學和航海學，父親原來是個造船技術工人。後來自己經營過造船業和建築業，做過儀器製造家和商人，還曾經一度擔任過小鎮的地方行政官。耳濡目染，瓦特從幼年起就隨父親學習各種手藝。他心靈手巧，從小接觸和了解了不少技術方面的知識，並養成了一種獨立思考和探索奧秘的興趣和習慣。他的家庭環境對他日後攀登技術高峰起到了一定的作用。
瓦特從小身體虛弱，到了入學年齡，仍不能去上學。過了入學年齡好幾年，他才到鎮上的學校學習。在學校里，他不喜歡與小朋友們打鬧，只愛獨自沉思默想。關於他的童年，曾有過一個廣為人知的傳說：有一天，小瓦特在家裡看見一壺水開了，蒸汽把壺蓋沖得噗噗地跳。這種常人司空見慣的現象卻引起了他極濃厚的興趣。他目不轉睛地凝視那跳動的壺蓋和冒出的蒸汽，苦思冥想其中的奧秘。一直看了一個多小時。由於瓦特常常會面對他不熟悉、不認識的許多現象長時間地默默觀察，崐人因此說他是個“懶孩子”。其實正是這種好奇心和尋根問底的精神，後來引導他去努力探索世界的種種奧秘，攀登科學的高峰。
13歲那年，他對幾何學發生了興趣，15歲就讀完了《幾何學原理》這樣艱深的書籍。後來他進入文法學校，數學成績特別優秀。由於身體不好，他沒到畢業就退學了。但是，他在家裡堅持自學了天文學、化學、物理學和解剖學等多學科知識，並自學了好幾種外語。瓦特17歲時到格拉斯哥的一家鐘錶店裡當了學徒。他在業餘時間刻苦學習，進一步掌握了許多科技原理。在當學徒時他曾經動手製造過技術要求較高的羅盤、經緯儀等。21歲那年，他來到了格拉斯哥大學當教具實驗員，負責修理和製造儀器。他進一步熟悉了當時一些較先進的機械技術。在工作之餘，他還埋頭讀書，並經常向老師和同學虛心求教，提高了自己的科學理論水平。
世界的發明
人類對蒸汽的認識和利用，經歷了一個漫長的歷史過程。早在公元前二世紀，古希臘人就製造過一種利用蒸汽噴射的反作用的發動機。1690年，法國人巴比首先發明了第一台活塞式蒸汽機，但他未能製成實用的蒸汽機。1698年，英國的一位技師塞萊斯發明了實用的無活塞式蒸汽機。這種機器在礦井中得到套用，被稱為“礦山之友”，但受當時材料和技術的限制，無法推廣。後來經過改進，直到18世紀，英國的鐵匠紐科門才製成第一台能把熱能轉變為機械能的較原始的蒸汽機。這種機器綜合了巴本機和塞萊斯機的優點，不需高壓蒸汽即可排水，效率也有較大提高。但是，這種蒸汽機結構不合理，耗煤多，活塞只能作往復運動，不能作旋轉運動，因此熱效能較低。
隨著工業發展對新動力的需求日益突出，推動了對蒸汽機作進一步的改進。從18世紀60年代起，英國的工程師斯米頓開始研究改進紐可門蒸汽機，他測量了一百多種當時的蒸汽機的部件和效率，並對所得資料進行了系統的比較分析。斯米頓本人沒有對蒸汽機的結構做任何改進，但是他積累的數據為改進蒸汽機提供了方便。與此同時，瓦特也開始研究改進蒸汽機。
瓦特在大學修理儀器期間，學校曾經把一台舊式的紐可門蒸汽機交給他修理。他通過大量實驗以及根據格拉斯哥大學教授布萊克提出的潛熱、比熱理論進行分析，對舊式蒸汽機進行深入研究，找出了舊式機器效率低的主要原因：除了漏汽、散熱等造成熱量的浪費外，主要缺陷在於每一衝程都要用冷水將汽缸冷卻一次，從而耗了大量熱量，使絕大部分蒸汽沒有被有效利用。針對這一缺陷，瓦特提出了減少蒸汽消耗，提
高熱機效率的兩項措施：
一、為了使汽缸始終保持蒸汽所必須具有的溫度，必須在汽缸外加上絕熱外套或通以蒸汽或用其他方法對汽缸加熱；
蒸汽機
瓦特自籌資金，租了間地下室，買了必要的設備，反覆實驗，經歷了無數次挫折和失敗，在工人的幫助下，終於發明了與汽缸分離的冷凝器，解決了製造精密汽缸、活塞的工藝問題，同時採用油潤滑活塞，汽缸外附加絕熱層等措施，製成單動作蒸汽機。後經繼續試驗，又在1782年，發明了具有連桿、飛輪和離心調速器的雙動作蒸汽機，製成了新的可實用的蒸汽機。這種雙動作式蒸汽機，把閥門安裝得可利用蒸汽的壓力來推動活塞，既可向前又可向後。並藉助連桿和飛輪把活塞的直線運動變成了圓周運動。為了保持蒸汽機的勻速運轉，他把一個離心調速器連線在進汽活門上，使其自動調節進汽量。這種裝置是最早在技術上使用的自動控制器。他設計了一個和汽缸分離的冷凝器，將高溫蒸汽從氣缸中導出並冷卻，使得主要汽缸能保持一定溫度。同時他提高了汽缸的精密度，把活塞和閥門也做得光滑、嚴密。從而比紐科門蒸汽機大大提高了熱效率和可靠性。由於這種蒸汽機把往復的直線運動變成為連續而均勻的圓周運動，因而可以經過傳動裝置帶動一切機器運轉，成為能普遍用於工業和交通運輸業的“萬能動力機”。這種高效率的蒸汽機很快取代了舊式的蒸汽機，被各工業部門迅速採用。從此，動力機、傳動機和工作機組成了機器生產系統，成為產業近代化的核心。
時代
到19世紀30年代，蒸汽機廣泛套用到紡織、冶金、採煤、交通等部門去，很快引起了一場技術革命。美國人富爾頓發明了用瓦特蒸汽機作動力的輪船；英國人史蒂芬遜發明了用瓦特蒸汽機作動力的火車。瓦特的蒸汽機成為真正的國際性發明，它有力地促進了歐洲18世紀的產業革命，推動世界工業進入了“蒸汽時代”。
名垂青史
1784年4月，英國政府授予瓦特以製造蒸汽機的專利證書。馬克思曾經評論說：瓦特的偉大天才表現在他所取得的專利的說明書中，他沒有把自己的蒸汽機說成是一種用於特殊目的的發明，而是把它說成是大工業普遍套用的發動機。
瓦特在英國和歐洲大陸各國的學術界和科學界享有崇高的地位。1784年他成為愛丁堡皇家學會的會員，1785年又成為倫敦皇家學會的會員。1808年，他成為法蘭西學士院的成員，1814年，他又被選為法國科學院的8名外籍院士之一。各國科學界都承認瓦特是他們之中最著名的一員。
瓦特由於這樣一個劃時代的偉大發明，從一個一貧如洗的無名小卒，一下子成為一個名利雙收的大人物了。他在11年的時間裡獲得了七萬六千磅的專利稅。為了保護自己的專利，他到了晚年時多少顯得有些學閥作風了。他經常向法院起訴，阻止和壓制別人的發明創造，甚至不許自己的助手去實驗用蒸汽來發動四輪車。這是一個科學家的悲劇，也是他那個時代和社會在他身上打下的烙印。儘管如此，他仍然是一位偉大的發明家。他畢生精力集中於蒸汽機的發明，前後達20餘年。他對科學技術和社會進步所作出的巨大貢獻，人民是不會忘記的。 1819年，84歲的瓦特在家中安然與世長辭了。他生前對人類的科學事業作出了傑出的貢獻，各國人民懷念他。1824年，在他逝世5周年時，倫敦公眾為他在有名的威斯敏斯特大教堂樹立了一座紀念碑。瓦特終生刻苦學習，孜孜不倦地致力於科學事業，在前人成就的基礎上，發明了蒸汽機，為人類科學技術的發展作出了劃時代的貢獻。為了紀念瓦特這位偉大的發明家，人們把常用的功率單位定為瓦特，簡稱瓦。他的芳名將永遠刻在人類的歷史上。
