瓦特、蒸汽机与英国皇家海军的故事

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纽科门蒸汽机。来源：wikipedia

纽科门然后想到，为了让活塞复位，可以向汽缸注入冷水，这样蒸汽就会迅速凝结，体积缩小，再把这些水导回锅炉，就可以继续进下一次循环。于是他添加了冷凝水箱，设计了两个联动的阀门，在活塞上升到汽缸顶端时，关闭锅炉阀门，短暂打开冷凝水阀门，注入冷水，活塞会在大气压力作用下回位，这就是今天常见的“下冲程（Downstroke）”。等到活塞回落到汽缸底部，重新打开锅炉阀门，少量冷凝水回到锅炉内，蒸汽重新注入汽缸，开始下一次做工行程。

纽科门蒸汽机的原理并不复杂，也只能做简单的往复运动，在当时仍然大受欢迎。为什么？因为十八世纪英格兰导出都是浅层矿井，渗水严重，矿主迫切需要抽水的办法。纽科门蒸汽机不需要人力干预，就可以完成抽水的任务，自然赢得了大家的喜爱。从1712年之后的六七十年里，纽科梦蒸汽机一直非常流行，直到瓦特拿出改良设计为止。

当时，詹姆斯·瓦特受人聘请，在格拉斯哥大学制造和修理科学仪器。一个偶然的机会，他开始研究纽科门蒸汽机的模型。瓦特坚持认为，纽科门蒸汽机的效率不高，大量能量被浪费了，但始终没有找到诀窍。据说瓦特为此感到心力交瘁，但他鼓励自己说：大自然一定有弱点，只是我们还没找到。

1765年的某一天，瓦特灵感闪现，他忽然意识到：纽科门蒸汽机向汽缸注入冷水，本意只是为了让蒸汽凝结，却连汽缸也一起降温了。为了提高蒸汽机的效率，汽缸必须维持在恒定的温度，需要降温的只是蒸汽而已。换句话说，冷却水应该只用来单独冷却蒸汽。 瓦特同时也想到，为了提升效率，应当从顶部（而不是底部）引入新的蒸汽。

瓦特制造的第一个冷凝器。来源：Wikipedia

按这个想法，瓦特制造了第一个原型蒸汽机，这是一个庞然大物，高达7.3米，汽缸直径1.27米，由大量黄铜管、阀门、杠杆组成，瓦特还给它配备了调速器、飞轮，最终带领一台泵，可以以每分钟十五次的速度喷水、压气或执行其它任务。一旦这台机器运转起来，会发出巨大的噪音、剧烈的震动。围观者无不赞叹自然的伟大力量。

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