蒸汽(qì)机(jī)是将蒸(zhēng)汽(qì)的能量转(zhuǎn)换(huàn)为(wéi)机械(xiè)功的往复式(shì)动力机械(xiè)。原理是(shì)将(jiāng)水蒸气(qì)中的动能转换(huàn)为功,由于其(qí)中的(de)燃烧过程在热机外部(bù)进(jìn)行(háng),属于热机中的外燃(rán)机。蒸汽机的主要功能是(shì)将(jiāng)热能(néng)转化为机械能,为(wéi)机械提供(gòng)动(dòng)力。蒸汽机主要(yào)由汽缸、底座、活塞、曲柄连杆机构、滑阀配汽机构(gòu)、调速机构和飞轮(lún)等部分组成。
蒸汽机的出现曾引起(qǐ)了18世纪的工(gōng)业(yè)革命,在工业革命中起了基(jī)本的作用。直(zhí)到20世纪初,它仍然是世界上(shàng)最重要(yào)的原动(dòng)机,后来才(cái)逐渐让位于内燃机和汽轮(lún)机等。蒸汽机需要一个使水沸腾产生高(gāo)压蒸汽的锅炉(在该演示实验中使用空(kōng)气压缩机替(tì)代高压(yā)蒸汽锅炉),这个锅炉可以使用木(mù)头、煤、石油或天然(rán)气甚至垃圾作(zuò)为热源。蒸(zhēng)汽膨胀推动活塞做(zuò)功。早期的蒸(zhēng)汽机使用蒸(zhēng)汽(qì)凝结时产生的真空(kōng)来(lái)做功,后(hòu)来的(de)则使用(yòng)蒸汽膨胀来做功。
以下是蒸汽机的工(gōng)作原理:
蒸汽推动活塞做往复运动,活塞通过连杆(gǎn)、摇杆、曲柄将往复直线(xiàn)运动(dòng)转(zhuǎn)变为圆周运动。蒸汽机中滑动阀门(mén)由偏(piān)心轮和连杆来控制(zhì)。当活塞向(xiàng)右运(yùn)动(dòng)时(shí)偏心轮带动连杆推动滑动阀向左运动,当活塞运动到最(zuì)左端时滑(huá)动阀挡住左侧(cè)进气口,使蒸汽不(bú)能进入(rù)左侧气缸。当滑动阀向右运动同时(shí)滑块下方连接排气口,左侧低温气体由(yóu)滑动阀下(xià)腔(qiāng)进入排(pái)气口排出(chū)。滑动阀运动到最(zuì)左端后左侧排气口关(guān)闭,进气口(kǒu)打(dǎ)开,高温高压(yā)蒸汽进入右侧气缸,推(tuī)动活塞向右(yòu)运动,同时滑动阀在偏心轮的(de)带动下向右运动,打(dǎ)开(kāi)左侧排气道(dào)。当活塞(sāi)运动到最左端时(shí),右侧进气道关闭,左侧排气口(kǒu)打开……如此往复,蒸汽不断推动活塞带动轮转动,蒸汽的内能(néng)转变为飞轮(lún)的动能对外做(zuò)功,用皮带将机械与外边(biān)的皮(pí)带轮(lún)链接,就能利(lì)用(yòng)蒸汽(qì)机实(shí)现工业生产(chǎn)。
蒸汽机的出现和改进促进(jìn)了社会(huì)经济(jì)的发(fā)展,但(dàn)同时经济(jì)的(de)发展反(fǎn)过(guò)来又向(xiàng)蒸汽机提出了(le)更高的要求,如要求蒸(zhēng)汽机功率大、效率(lǜ)高(gāo)、重量轻、尺寸小等。尽管人们对蒸汽机作过许(xǔ)多改进,不断(duàn)扩大它(tā)的使用范围和改善(shàn)它的性能,但(dàn)是(shì)随着汽(qì)轮机和内燃机的发展,蒸汽机因存在不可(kě)克服的弱点而逐(zhú)渐衰(shuāi)落。
蒸汽(qì)机的弱(ruò)点(diǎn)是:
离(lí)不开锅炉(lú),整个装置(zhì)既笨重又庞大;新蒸汽的压力和温度不能过高,排气压力不能过低,热效率难以(yǐ)提高;它是一(yī)种往(wǎng)复式机器,惯性(xìng)力限制了转速的提高;工作过程是不(bú)连续的(de),蒸汽的流量受到(dào)限制,也就限制了功率的提(tí)高。
蒸汽机的出现,推动(dòng)了社会的(de)发展,将人类带入机械化时代,虽(suī)然现(xiàn)在已经被淘汰,但是蒸汽机上面的很多(duō)零件如气缸、活塞(sāi)、飞轮、阀门和密封件等构(gòu)成了现代(dài)机械的基本组件,因此,蒸汽(qì)机的出现具有划(huá)时代的意义。