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为什么蒸汽机中国人古代两千年的时间都没有造出来?

2023-07-20 11:04:43TONY杂谈64

发明瓦特蒸汽机(1776年)需要点亮的科技树:

焦炭炼钢

1709年,由 Abraham Darby I 采用焦炭替代木炭炼铁,获得成功,并获得了这项技术专利。并且迅速加大了钢铁的产能。

在17世纪最初的10年,英国的木材资源供应已经非常短缺,燃料的饥荒成为阻碍炼铁业发展的关键问题。用煤作为燃料替代看起来十分简单,但该过程却花费了大半个世纪的时间

由于无法看到炉内发生的情况,因此只有出铁后才能知道事前设定的调整是否可行,若结果不理想,只能在停炉后再进行进一步调整和试验。除了对炉子的调整外,在炉子工作时还需进行其他方面的试验,如风压的调整、焦炭和铁矿石的配比等。因此,达比的成功必然是在复杂而漫长的试错中实现的。

达比的成功还体现出,在英国工业革命时期,技术创新主要来自于企业家或工程师为解决生产问题和盈利的欲望

坩埚制铁工艺

在1740年,一位神秘并且极富创造力的英国青年,本杰明•亨斯曼(Benjamin Huntsman),向英格兰北部的剪商透露了新的坩埚制铁工艺。应用粘土埚,也就是坩埚,使棒材的熔炼温度足够高,达到渗碳工艺的要求,同时能够将生产出的钢水铸造(倾到)出均匀、高质量的铸锭。亨茨曼开启了现代化的炼钢工艺,优质钢材制造的零件、机械有助于工业革命的发展。

高压锅

高压锅源自法国物理学家丹尼斯·帕潘 (Denis Papin)于1679年发明的“蒸煮器“。

1679年,帕潘在被受到高压蒸汽的烫伤和大气气压计的灵感下,设计制作了一个密闭的金属容器,还有一个用于密封的盖子。就是最初的高压锅。

现代轴承

列奥纳多·达·芬奇(1452-1519)是文艺复兴时期意大利的天才艺术家。他与轴承有着很深的渊源,被称作“近代轴承之父”也毫不为过。他创造出可以大幅度减小摩擦的轴承结构。

到十七世纪末,英国的C.瓦洛设计制造球轴承,并装在邮车上试用以及英国的P.沃思取得球轴承的专利。

活塞

1679年(康熙18年),法国物理学家丹尼斯·帕潘首先发明了高压锅和安全阀,在同时他也提出了采用蒸气直接推动活塞的构想。可是非常遗憾的是,这种构想在当时仍然过分超前了,因为活塞与气缸间的密封对于当时的人类是一个困难的课题,因为当时的加工精度不足,活塞与气缸间的间隙非常大,活塞漏气严重。这个问题最终被约翰·威尔金森(John Wilkinson)解决,他在改进加农炮的制造时提出了一种新的精密镗孔加工技术,可以用于蒸汽机的制造。

膛床

下图就是这个镗床的图片,由水轮机驱动,双工位,用来加工加农炮的炮管内壁。这个设备目前被认为是第一台真正意义的金属加工机床,发明人John Wilkinson既是工程师,也是成功的钢铁实业家,还是优秀的投资人。他之所以敢投资瓦特,估计是他清楚自己镗削工艺可以大幅提升蒸汽机气缸的精度。

金属阀门

随着冶炼技术和水力机械的发展,在欧洲出现了铜制和铅制旋塞阀。此后随着锅炉的使用,1681年又出现了杠杆重锤式安全阀。1769年瓦特蒸汽机出现以前,旋塞阀和止回阀一直是最主要的阀门。阀门工业的现代历史与工业革命并行,随着工业革命的深入而深入。蒸汽机上很多采用旋塞阀、安全阀、止回阀和蝶阀。

专利法

英国是第一个制定专利法的国家,专利法始于1624年,被广泛应用于18世纪。专利法保护了知识产权,对技术创新的激励机制。瓦特接受了两次企业家的投资,第一任因为投资蒸汽机几乎破产。而两任企业主之所以有投资发明的意识,就是离不开专利法对发明的专利保护以及赚钱激励。

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