基本介紹
- 中文名：蒸汽原動機
- 外文名：Steam prime mover
- 相關名詞：蒸汽機 原動機
- 隸屬：原動機
- 套用學科：熱力學
- 原理：將蒸汽的能量轉換為機械功
簡介,構造,典型蒸汽原動機原理,發展與貢獻,歷史作用,
簡介
蒸汽原動機又稱為蒸汽機，是將蒸汽能轉換為功的機器。泵、火車頭和現代輪船曾使用蒸汽原動機驅動。蒸汽原動機在工業革命中起了基本的作用。
蒸汽原動機需要一個使水沸騰產生高壓蒸汽的鍋爐，這個鍋爐可以使用木頭、煤、石油或天然氣甚至可燃垃圾作為熱源。蒸汽膨脹推動活塞做功。
1807年羅伯特·富爾頓第一個成功地用蒸汽機來驅動輪船。瓦特並不是蒸汽機的發明者，在他之前就出現了蒸汽機，即紐科門蒸汽機，但它的耗煤量大、效率低。瓦特運用科學理論，逐漸發現了這種蒸汽機的毛病所在。從1765年到1790年，他進行了一系列發明，比如分離式冷凝器、汽缸外設定絕熱層、用油潤滑活塞、行星式齒輪、平行運動連桿機構、離心式調速器、節氣閥、壓力計等等，使蒸汽機的效率提高到原來紐科門機的3倍多，最終發明出了現代意義上的蒸汽機。
構造
蒸汽原動機主要由汽缸、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。
蒸汽原動機構造
在蒸汽鍋爐中，通過燃燒過程水沸騰為蒸汽。通過管道蒸汽被送到汽缸。閥門控制蒸汽到達汽缸的時間，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。蒸汽在汽缸內推動活塞做功，冷卻的蒸汽通過管道被引入冷凝器重新凝結為水。這個過程在蒸汽機運動時不斷重複。
一般的蒸汽原動機有三個汽缸組成一個組。蒸汽原動機直接將活塞的上下運動轉化為船軸的旋轉運動。新造的蒸汽原動機中還包含了一個小的渦輪機，從汽缸中出來的蒸汽還可以利用它的餘熱在推動這個渦輪機來提高整個驅動裝置的效率。這個渦輪機也與船的螺旋漿軸相連。
典型蒸汽原動機原理
圖1展示了活塞式蒸汽原動機的主要部件。這是用在蒸汽機車中的典型蒸汽原動機。從圖中可以看到廢蒸汽被簡單地排放到了空氣中。這就解釋了關於蒸汽機車的兩件事：
1、它解釋了為什麼蒸汽機車需要在車站加水——隨著蒸汽的消耗，水不斷地在損失。
圖1 蒸汽原動機主要部件圖
2、它解釋了火車“呼哧”聲的來源。當閥門打開汽缸釋放廢蒸汽時，蒸汽以很大的壓力衝出來而產生“哧”的聲音。當火車剛啟動的時候，活塞移動得很慢，而後火車開始變快，活塞運動也在加快。這就產生了我們在火車啟動時常常聽到的效果：“呼…哧…呼哧…哧哧哧”。
蒸汽原動機的重要組成部分是一個汽缸，汽缸運動到右側末端時，打開右側進氣閥向汽缸右側沖高壓水蒸汽，打開左側排氣閥，高壓水蒸汽推動活塞向左運動，運動最左端時，打開左側進氣閥關閉右側排氣閥，向汽缸左側沖高壓水蒸汽，使汽缸活塞向右運動。將汽缸活塞的往復運動通過聯桿滑塊曲軸轉化為旋轉運動。各閥門的開關也是通過聯桿滑塊帶動滑閥進行的。
原理圖
發展與貢獻
蒸汽原動機的發展首先體現於功率和效率的提高，而這又主要取決於蒸汽參數的提高。初期蒸汽原動機的蒸汽壓力僅為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。
蒸汽原動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。儘管人們對蒸汽原動機作過許多改進，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，蒸汽原動機因存在不可克服的弱點而逐漸衰落。
蒸汽原動機的弱點是：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。
現代蒸汽原動機的最大的優點是它幾乎可以利用所有的燃料將熱能轉化為機械能。不像內燃機那樣，它對其燃料不挑剔。此外沒有蒸汽原動機的話原子能無法被使用。原子反應堆即不直接產生機械能，又不直接產生電能，原子反應堆實際上只是加熱水，這個水被沸騰後的蒸汽通過蒸汽機來轉化為有用的功。蒸汽不一定需要通過燃燒來產生，比如使用太陽能聚熱器也可以產生蒸汽推動蒸汽原動機。
歷史作用
（1）動力史上的標誌性改革與進步
（2）為後來的工業革命拉開了序幕
（3）極大的解放了人力，提高了社會生產力
（4）蒸汽原動機有很大的歷史作用，它曾推動了機械工業甚至社會的發展，解決了大機器生產中最關鍵的問題，推動了交通運輸空前的進步。隨著它的發展而建立的熱力學和機構學為汽輪機和內燃機的發展奠定了基礎。
