世界(jie)上(shang)第一臺蒸汽(qi)(qi)機是由(you)古希(xi)(xi)臘數學(xue)家(jia)亞歷(li)山大港的(de)希(xi)(xi)羅（Hero of Alexandria）于(yu)公(gong)元1世紀發明的(de)汽(qi)(qi)轉球（Aeolipile），這是蒸汽(qi)(qi)機的(de)雛形。
約(yue)1679年法國物理學家丹尼斯·巴本(ben)在觀(guan)察蒸汽(qi)逃(tao)離他的(de)高(gao)壓鍋(guo)后制造了第一臺(tai)蒸汽(qi)機(ji)的(de)工作模型。同時代的(de)薩繆爾·莫蘭也提出了蒸汽(qi)機(ji)的(de)主意。
1698年(nian)托(tuo)馬(ma)斯·塞維利和(he)1712年(nian)托(tuo)馬(ma)斯·紐科(ke)門制造了早期的(de)工(gong)業(ye)蒸(zheng)汽機(ji)，他(ta)們對蒸(zheng)汽機(ji)的(de)發(fa)展都(dou)做出了自(zi)己的(de)貢獻。1807年(nian)羅伯特·富爾頓第(di)一(yi)個成功地(di)用(yong)(yong)蒸(zheng)汽機(ji)來(lai)驅動輪(lun)船。瓦特運用(yong)(yong)科(ke)學理論，逐漸發(fa)現了這種蒸(zheng)汽機(ji)的(de)毛病所在(zai)。從1765年(nian)到1790年(nian)，他(ta)進行了一(yi)系列發(fa)明，比如(ru)分離式(shi)冷凝器、汽缸外設置絕熱層、用(yong)(yong)油潤滑(hua)活塞、行星(xing)式(shi)齒輪(lun)、平行運動連桿機(ji)構、離心(xin)式(shi)調(diao)速器、節氣閥、壓力計(ji)等等，使蒸(zheng)汽機(ji)的(de)效率提高到原來(lai)紐科(ke)門機(ji)的(de)3倍多，最(zui)終發(fa)明出工(gong)業(ye)用(yong)(yong)蒸(zheng)汽機(ji)。
16世紀(ji)末到(dao)17世紀(ji)后期，英國(guo)的(de)采礦業，特(te)別是煤礦，已發展到(dao)相當(dang)的(de)規(gui)模，單靠人(ren)力(li)、畜力(li)已難以滿足(zu)排除礦井地下水(shui)(shui)的(de)要求，而(er)現場又有(you)豐富而(er)廉價的(de)煤作為燃料。現實的(de)需要促使許(xu)多人(ren)，如(ru)英國(guo)的(de)帕潘(pan)、薩弗里、紐科門(men)等就致力(li)于“以火力(li)提(ti)水(shui)(shui)”的(de)探索和試驗。
最初的(de)(de)(de)(de)真(zhen)空(kong)蒸汽(qi)機被(bei)(bei)用來(lai)將(jiang)礦(kuang)井里的(de)(de)(de)(de)水抽出來(lai)。紐科門的(de)(de)(de)(de)蒸汽(qi)機將(jiang)蒸汽(qi)引(yin)入(ru)氣(qi)缸后(hou)閥(fa)門被(bei)(bei)關閉，然后(hou)冷(leng)水被(bei)(bei)撒入(ru)汽(qi)缸，蒸汽(qi)凝(ning)結時(shi)造成真(zhen)空(kong)。活(huo)塞另一面的(de)(de)(de)(de)空(kong)氣(qi)壓力推動(dong)活(huo)塞。在礦(kuang)井中聯結一根深入(ru)豎井的(de)(de)(de)(de)桿(gan)(gan)來(lai)驅(qu)動(dong)一個(ge)泵。蒸汽(qi)機活(huo)塞的(de)(de)(de)(de)運動(dong)通過這根桿(gan)(gan)傳到(dao)泵的(de)(de)(de)(de)活(huo)塞來(lai)將(jiang)水抽到(dao)井外。
第(di)一(yi)個(ge)巨大的改善是(shi)將氣缸與凝結缸通過一(yi)個(ge)閥門(men)分開。瓦特在伯明(ming)(ming)翰(han)發明(ming)(ming)了(le)這個(ge)改進。這個(ge)改進提(ti)高了(le)蒸汽機的效率(lv)。下一(yi)個(ge)改進是(shi)將閥門(men)的操作自動化(hua)。
這些早期(qi)的(de)(de)(de)真空蒸(zheng)(zheng)汽(qi)機(ji)的(de)(de)(de)效(xiao)(xiao)率有限(xian)，但它們比(bi)較(jiao)安(an)(an)全，因為它們的(de)(de)(de)壓(ya)力比(bi)較(jiao)低，在物(wu)質發(fa)生損(sun)壞的(de)(de)(de)情(qing)況下機(ji)器向內收縮(suo)，而不是(shi)向外爆(bao)炸(zha)。它們的(de)(de)(de)效(xiao)(xiao)率受(shou)外部氣壓(ya)、氣缸變形(xing)、燃燒和(he)沸騰(teng)的(de)(de)(de)效(xiao)(xiao)率和(he)凝結(jie)能力的(de)(de)(de)限(xian)制(zhi)。理論最高效(xiao)(xiao)率受(shou)水在普通大(da)氣壓(ya)下比(bi)較(jiao)低的(de)(de)(de)沸騰(teng)溫(wen)度限(xian)制(zhi)。使(shi)用高溫(wen)高壓(ya)的(de)(de)(de)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)為蒸(zheng)(zheng)汽(qi)機(ji)的(de)(de)(de)效(xiao)(xiao)率帶來(lai)(lai)了巨大(da)的(de)(de)(de)提高。但這種(zhong)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)機(ji)比(bi)真空蒸(zheng)(zheng)汽(qi)機(ji)危險得多。鍋爐和(he)機(ji)器的(de)(de)(de)爆(bao)炸(zha)造成了許(xu)多大(da)事故(gu)。安(an)(an)全閥在這里(li)帶來(lai)(lai)了很大(da)的(de)(de)(de)改進(jin)，在壓(ya)力過(guo)高的(de)(de)(de)情(qing)況下安(an)(an)全閥放氣減(jian)壓(ya)。但真正保證安(an)(an)全只有依靠建造、運行和(he)維(wei)護的(de)(de)(de)經(jing)驗和(he)安(an)(an)全規則。
薩弗里(li)制成的(de)(de)世界上第(di)一(yi)臺(tai)實用的(de)(de)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)提(ti)水(shui)機，在(zai)(zai)1698年取(qu)得標名為(wei)“礦工(gong)之友”的(de)(de)英國(guo)專利。他將一(yi)個蛋形(xing)容(rong)(rong)器(qi)(qi)(qi)先充(chong)滿(man)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)，然(ran)后關(guan)閉進汽(qi)閥(fa)，在(zai)(zai)容(rong)(rong)器(qi)(qi)(qi)外噴淋冷水(shui)使容(rong)(rong)器(qi)(qi)(qi)內蒸(zheng)(zheng)汽(qi)冷凝而形(xing)成真空(kong)。打開進水(shui)閥(fa)，礦井底的(de)(de)水(shui)受大氣壓(ya)力作用經進水(shui)管吸入容(rong)(rong)器(qi)(qi)(qi)中；關(guan)閉進水(shui)閥(fa)，重開進汽(qi)閥(fa)，靠(kao)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)壓(ya)力將容(rong)(rong)器(qi)(qi)(qi)中的(de)(de)水(shui)經排水(shui)閥(fa)壓(ya)出。待(dai)容(rong)(rong)器(qi)(qi)(qi)中的(de)(de)水(shui)被(bei)排空(kong)而充(chong)滿(man)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)時，關(guan)閉進汽(qi)閥(fa)和排水(shui)閥(fa)，重新(xin)噴水(shui)使蒸(zheng)(zheng)汽(qi)冷凝。如此反復循(xun)環，用兩個蛋形(xing)容(rong)(rong)器(qi)(qi)(qi)交替工(gong)作，可連續排水(shui)。
薩弗里的(de)(de)提水(shui)機依靠真空的(de)(de)吸(xi)力(li)汲(ji)水(shui)，汲(ji)水(shui)深度不能超過六米。為(wei)了從幾(ji)十米深的(de)(de)礦井汲(ji)水(shui)，須將(jiang)提水(shui)機裝在礦井深處，用較(jiao)高的(de)(de)蒸汽壓力(li)才能將(jiang)水(shui)壓到地面上，這在當時(shi)無疑是困(kun)難(nan)而又(you)危險的(de)(de)。
紐科門(men)及其助手卡利在(zai)1705年(nian)發(fa)明(ming)了(le)大(da)氣式(shi)(shi)蒸(zheng)汽(qi)機(ji)(ji)，用以驅動獨立的(de)提水泵(beng)，被(bei)稱為(wei)紐科門(men)大(da)氣式(shi)(shi)蒸(zheng)汽(qi)機(ji)(ji)。這種(zhong)蒸(zheng)汽(qi)機(ji)(ji)先在(zai)英國，后來在(zai)歐(ou)洲(zhou)大(da)陸得到迅速推(tui)廣，它的(de)改型產品直到19世紀初(chu)還(huan)在(zai)制造。紐科門(men)大(da)氣式(shi)(shi)蒸(zheng)汽(qi)機(ji)(ji)的(de)熱(re)效(xiao)率很低(di)，這主要是由于蒸(zheng)汽(qi)進入汽(qi)缸(gang)(gang)時，在(zai)剛(gang)被(bei)水冷卻過的(de)汽(qi)缸(gang)(gang)壁上冷凝(ning)而損失掉大(da)量熱(re)量，只在(zai)煤(mei)價低(di)廉的(de)產煤(mei)區才得到推(tui)廣。
1764年，英國的(de)儀器(qi)修(xiu)理(li)工詹姆斯·瓦特為格(ge)拉斯哥大學修(xiu)理(li)紐可(ke)門蒸汽(qi)(qi)(qi)機模(mo)型(xing)時，注意到了這一(yi)缺點，并于1765年發明了設有與(yu)汽(qi)(qi)(qi)缸(gang)壁(bi)分開的(de)凝(ning)汽(qi)(qi)(qi)器(qi)的(de)蒸汽(qi)(qi)(qi)機，并于1769年取得(de)了英國的(de)專(zhuan)利。初期的(de)瓦特蒸汽(qi)(qi)(qi)機仍用平(ping)衡(heng)杠桿和拉桿機構來驅動提(ti)水泵(beng)(beng)，為了從凝(ning)汽(qi)(qi)(qi)器(qi)中抽除(chu)凝(ning)結水和空氣(qi)(qi)，瓦特裝設了抽氣(qi)(qi)泵(beng)(beng)。他還(huan)在汽(qi)(qi)(qi)缸(gang)外壁(bi)加裝夾層，用蒸汽(qi)(qi)(qi)加熱汽(qi)(qi)(qi)缸(gang)壁(bi)，以減少(shao)冷(leng)凝(ning)損失。
瓦(wa)特的創造(zao)性工作使(shi)蒸(zheng)(zheng)汽機(ji)迅速地(di)發(fa)展，他使(shi)原來只能提水的機(ji)械，成(cheng)為了可以普遍應用的蒸(zheng)(zheng)汽機(ji)，并使(shi)蒸(zheng)(zheng)汽機(ji)的熱效率成(cheng)倍提高，煤耗大大下(xia)降(jiang)。因此瓦(wa)特是蒸(zheng)(zheng)汽機(ji)的改良者。
自18世紀晚期起，蒸汽(qi)機不僅(jin)在采礦(kuang)業中得(de)到(dao)廣泛應(ying)用，在冶煉、紡織(zhi)、機器制造(zao)等行(xing)業中也都(dou)獲(huo)得(de)迅速推廣。它使英(ying)國的紡織(zhi)品產量(liang)(liang)在20多年內(從1766年到(dao)1789年)增長了5倍，為市(shi)場提供了大量(liang)(liang)消費商(shang)品，加速了資金的積累(lei)，并對運輸(shu)業提出了迫切(qie)要求。
在船(chuan)舶上采用蒸(zheng)汽機(ji)作為推(tui)(tui)進(jin)動(dong)力的(de)實驗始(shi)于1776年,經過不(bu)斷改進(jin)，至1807年，美國(guo)的(de)富(fu)爾頓制成(cheng)了第(di)一(yi)艘實用的(de)明(ming)輪推(tui)(tui)進(jin)的(de)蒸(zheng)汽機(ji)船(chuan)“克萊(lai)蒙”號。此(ci)后，蒸(zheng)汽機(ji)在船(chuan)舶上作為推(tui)(tui)進(jin)動(dong)力歷百余年之久。
1800年，英國的(de)特(te)里維西克設計了(le)(le)可安裝(zhuang)在較大車(che)(che)體上的(de)高壓蒸(zheng)汽機(ji)。1803年，他把它(ta)用來(lai)推動在一條環形軌道上開動的(de)機(ji)車(che)(che)，找來(lai)喜(xi)歡新奇玩意兒的(de)人乘坐，向他們收費，這就是機(ji)車(che)(che)的(de)雛型(xing)。英國的(de)史(shi)蒂芬孫將機(ji)車(che)(che)不斷改進，于1829年創(chuang)造了(le)(le)“火箭”號蒸(zheng)汽機(ji)車(che)(che)，該機(ji)車(che)(che)拖帶一節載有30位(wei)乘客(ke)的(de)車(che)(che)廂(xiang)，時速達46公里/時，引起(qi)了(le)(le)各國的(de)重(zhong)視(shi)，開創(chuang)了(le)(le)鐵(tie)路時代(dai)。
19世紀末(mo)，隨著(zhu)電力應用的(de)興起，蒸汽(qi)機(ji)(ji)曾一度作為(wei)電站(zhan)中的(de)主要動力機(ji)(ji)械(xie)。1900年，美國紐(niu)約曾有單機(ji)(ji)功率達五(wu)兆瓦(wa)的(de)蒸汽(qi)機(ji)(ji)電站(zhan)。
蒸汽機的發(fa)展在20世紀初達到了頂峰(feng)。它具有(you)恒扭矩、可(ke)變速、可(ke)逆轉(zhuan)、運行可(ke)靠、制(zhi)造和(he)維(wei)修方便等優點(dian)，因(yin)此(ci)曾被廣泛用于電站(zhan)、工廠(chang)、機車和(he)船舶等各個(ge)領域中，特別在軍艦(jian)上成了當時唯一的原動機。
需(xu)要(yao)特別注意的(de)是(shi)，許多教科書上（歷(li)史書、物理書）說瓦特是(shi)蒸汽(qi)機的(de)發(fa)明者(zhe)。這(zhe)是(shi)誤(wu)傳。蒸汽(qi)機是(shi)英國(guo)人(ren)薩(sa)維利(li)（Savery）于1698年、紐(niu)可門（Newcomen）于1705年各(ge)自獨立發(fa)明的(de)，用于礦井抽水。當時(shi)效(xiao)率很(hen)低。
1765年(nian)，瓦(wa)特在修理(li)紐可(ke)門機的(de)(de)基礎上(shang)，對(dui)蒸(zheng)汽(qi)(qi)機做了(le)重大改進，使(shi)冷凝器與汽(qi)(qi)缸分(fen)離(li)，發明曲軸和齒輪傳(chuan)動以(yi)及離(li)心(xin)調(diao)速器等，使(shi)蒸(zheng)汽(qi)(qi)機實(shi)現(xian)(xian)了(le)現(xian)(xian)代化，大大提高了(le)蒸(zheng)汽(qi)(qi)機的(de)(de)效率。瓦(wa)特的(de)(de)這些發明，仍使(shi)用在現(xian)(xian)代蒸(zheng)汽(qi)(qi)機中，為紀(ji)念瓦(wa)特的(de)(de)貢獻，功(gong)率的(de)(de)單(dan)位(wei)名(ming)(ming)稱以(yi)其(qi)姓氏命(ming)名(ming)(ming)。
蒸汽機(ji)主(zhu)要(yao)由(you)汽缸、底(di)座、活塞、曲柄(bing)連桿機(ji)構(gou)、滑(hua)閥配汽機(ji)構(gou)、調速(su)機(ji)構(gou)和飛輪等部分組成。汽缸和底(di)座是靜(jing)止部分。
在蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)(qi)鍋爐中，通(tong)過燃燒過程水(shui)沸(fei)騰為蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)(qi)。通(tong)過管道蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)(qi)被送到(dao)汽(qi)(qi)(qi)(qi)缸(gang)(gang)。閥(fa)門控(kong)制蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)(qi)到(dao)達(da)汽(qi)(qi)(qi)(qi)缸(gang)(gang)的時(shi)間，經主汽(qi)(qi)(qi)(qi)閥(fa)和節流(liu)閥(fa)進入滑閥(fa)室，受(shou)滑閥(fa)控(kong)制交替地進入汽(qi)(qi)(qi)(qi)缸(gang)(gang)的左側或右側，推動活塞運動。蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)(qi)在汽(qi)(qi)(qi)(qi)缸(gang)(gang)內(nei)推動活塞做功，冷(leng)卻(que)的蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)(qi)通(tong)過管道被引入冷(leng)凝(ning)器重(zhong)新凝(ning)結為水(shui)。這個過程在蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)(qi)機運動時(shi)不斷重(zhong)復。
一般的(de)蒸(zheng)汽機(ji)有三個汽缸組成一個組。蒸(zheng)汽機(ji)直接將(jiang)活塞的(de)上(shang)下運動(dong)(dong)轉(zhuan)化(hua)為船軸的(de)旋轉(zhuan)運動(dong)(dong)。新造的(de)蒸(zheng)汽機(ji)中(zhong)還包(bao)含了一個小的(de)渦(wo)輪機(ji)，從汽缸中(zhong)出(chu)來的(de)蒸(zheng)汽還可以利用它的(de)余(yu)熱在(zai)推(tui)動(dong)(dong)這(zhe)個渦(wo)輪機(ji)來提(ti)高整(zheng)個驅動(dong)(dong)裝置的(de)效率。這(zhe)個渦(wo)輪機(ji)也與船的(de)螺旋漿軸相(xiang)連。
火管造型(xing)被用在(zai)早(zao)期的(de)(de)船只和蒸汽機(ji)車的(de)(de)鍋(guo)爐中。在(zai)火管式鍋(guo)爐中，從燃燒室出來(lai)的(de)(de)熱煙(yan)通過(guo)煙(yan)道由煙(yan)囪排(pai)出。這種鍋(guo)爐需要一個(ge)比較高的(de)(de)煙(yan)囪。
水(shui)(shui)管造(zao)型的(de)(de)(de)水(shui)(shui)由熱氣通過(guo)多(duo)個(ge)管道(dao)加熱。這些(xie)管道(dao)在(zai)交(jiao)換器的(de)(de)(de)頂部流入一個(ge)蒸(zheng)汽集合腔。水(shui)(shui)管鍋(guo)爐(lu)的(de)(de)(de)一個(ge)重要優點是它在(zai)破壞時造(zao)成(cheng)的(de)(de)(de)危險比較(jiao)小(xiao)，原因是因為鍋(guo)爐(lu)里的(de)(de)(de)水(shui)(shui)的(de)(de)(de)量(liang)比較(jiao)小(xiao)，此外(wai)鍋(guo)爐(lu)里沒有多(duo)少會被磨損的(de)(de)(de)運動的(de)(de)(de)機械組(zu)成(cheng)部分，一些(xie)水(shui)(shui)管鍋(guo)爐(lu)在(zai)排煙道(dao)上還有一個(ge)熱交(jiao)換器來(lai)提高整個(ge)鍋(guo)爐(lu)的(de)(de)(de)熱效率。
按蒸(zheng)汽在活塞一(yi)側(ce)或兩側(ce)工(gong)作，蒸(zheng)汽機(ji)可(ke)分為單作用(yong)和雙作用(yong)式兩種；
按(an)汽缸(gang)布置方式(shi)(shi)，可(ke)分為(wei)(wei)立式(shi)(shi)和臥(wo)式(shi)(shi)；按(an)蒸汽是在一(yi)個汽缸(gang)中膨脹(zhang)或依次連續在多(duo)個汽缸(gang)中膨脹(zhang)，可(ke)分為(wei)(wei)單脹(zhang)式(shi)(shi)和多(duo)脹(zhang)式(shi)(shi)；按(an)蒸汽在汽缸(gang)中的流向，可(ke)分為(wei)(wei)回(hui)流式(shi)(shi)和單流式(shi)(shi)；
按排汽方式(shi)和排汽壓力可分為凝汽式(shi)、大氣式(shi)和背(bei)壓式(shi)。
蒸汽(qi)機的(de)(de)發(fa)展首先體現在功率(lv)和效率(lv)的(de)(de)提高(gao)(gao)，而這又主要取決于蒸汽(qi)參數的(de)(de)提高(gao)(gao)。初(chu)(chu)期(qi)蒸汽(qi)機的(de)(de)蒸汽(qi)壓(ya)力(li)僅(jin)為0.11～0.13兆帕(pa)，19世紀初(chu)(chu)才達(da)到0.35～0.7兆帕(pa)，20世紀20年代曾用到6～10兆帕(pa)。在蒸汽(qi)溫度上，19世紀末還(huan)不超過250℃，而到20世紀30年代曾用到450～480℃。
至于效(xiao)率(lv)，瓦特初期(qi)連續(xu)運轉的蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)機，按燃料(liao)熱值計總效(xiao)率(lv)不超過3%；到1840年(nian)，最(zui)(zui)好的凝汽(qi)(qi)(qi)式(shi)蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)機總效(xiao)率(lv)可達(da)8%；到20世(shi)紀(ji)，蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)機最(zui)(zui)高效(xiao)率(lv)可達(da)到20%以上。
在轉(zhuan)速方面，18世紀(ji)末瓦特(te)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)機僅40～50轉(zhuan)/分；20世紀(ji)初(chu)轉(zhuan)速達(da)到(dao)100～300轉(zhuan)/分，個別蒸(zheng)(zheng)汽(qi)機曾達(da)到(dao)2500轉(zhuan)/分。在功率方面，最初(chu)單機功率僅幾馬(ma)力(li)，20世紀(ji)初(chu)的一臺船用蒸(zheng)(zheng)汽(qi)機的功率可(ke)達(da)25000馬(ma)力(li)。
隨著蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)(qi)參(can)數和功率的提高(gao)(gao)，蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)(qi)已不可能(neng)在一(yi)個汽(qi)(qi)(qi)(qi)缸中繼續膨(peng)脹(zhang)，還必須在相連接的汽(qi)(qi)(qi)(qi)缸中繼續膨(peng)脹(zhang)，于是出現(xian)了(le)多(duo)級膨(peng)脹(zhang)的蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)(qi)機(ji)。蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)(qi)機(ji)因(yin)受(shou)到(dao)(dao)潤滑油閃點的限(xian)制(zhi)，所用(yong)蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)(qi)的最(zui)高(gao)(gao)溫度一(yi)般都不超過400℃，機(ji)車，船用(yong)等移(yi)動(dong)式蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)(qi)機(ji)還略低一(yi)些(xie)，多(duo)數不高(gao)(gao)于350℃。考慮到(dao)(dao)膨(peng)脹(zhang)的可能(neng)性和結構的經濟性，常用(yong)壓力(li)在2.5兆帕以下。蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)(qi)參(can)數受(shou)到(dao)(dao)限(xian)制(zhi)，從而(er)也(ye)限(xian)制(zhi)了(le)蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)(qi)機(ji)功率的進一(yi)步提高(gao)(gao)。
蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)(qi)機(ji)(ji)的(de)(de)出現和改進促進了社會經濟的(de)(de)發(fa)展(zhan)，但同時(shi)經濟的(de)(de)發(fa)展(zhan)反(fan)過(guo)來又向蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)(qi)機(ji)(ji)提出了更高(gao)的(de)(de)要(yao)求，如要(yao)求蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)(qi)機(ji)(ji)功(gong)率大、效(xiao)率高(gao)、重(zhong)量輕、尺寸小等(deng)。盡(jin)管人們對(dui)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)(qi)機(ji)(ji)作過(guo)許多改進，不斷擴大它(ta)的(de)(de)使(shi)用(yong)范圍和改善(shan)它(ta)的(de)(de)性能(neng)，但是隨著汽(qi)(qi)(qi)輪(lun)機(ji)(ji)和內燃機(ji)(ji)的(de)(de)發(fa)展(zhan)，蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)(qi)機(ji)(ji)因存在不可克服的(de)(de)弱點而逐(zhu)漸(jian)衰落。
1764年(nian)，學校請瓦特修(xiu)理一臺紐可(ke)門(men)式蒸汽(qi)機，在(zai)(zai)修(xiu)理的(de)過程中，瓦特熟悉了(le)蒸汽(qi)機的(de)構造(zao)(zao)和原理，并且發現了(le)這種蒸汽(qi)機的(de)兩(liang)大缺點：活塞動作不連續而且慢(man)；蒸汽(qi)利(li)用(yong)率低，浪費原料。以(yi)后，瓦特開(kai)始思考改進的(de)辦法(fa)。直到1765年(nian)的(de)春天(tian)，在(zai)(zai)一次散(san)步時(shi)，瓦特想(xiang)(xiang)到，既然(ran)紐可(ke)門(men)蒸汽(qi)機的(de)熱效率低是蒸汽(qi)在(zai)(zai)缸(gang)內冷凝(ning)造(zao)(zao)成的(de)，那么為什么不能讓蒸汽(qi)在(zai)(zai)缸(gang)外冷凝(ning)呢？瓦特產(chan)生了(le)采用(yong)分(fen)離冷凝(ning)器(qi)的(de)最初設想(xiang)(xiang)。
在產(chan)生這種設想以(yi)后，瓦特在同年設計(ji)了一(yi)(yi)種帶(dai)有(you)分(fen)離冷(leng)凝(ning)器(qi)的(de)蒸(zheng)汽(qi)機。按照(zhao)設計(ji)，冷(leng)凝(ning)器(qi)與汽(qi)缸(gang)之(zhi)間有(you)一(yi)(yi)個調節閥門相(xiang)連，使他們既能連通又能分(fen)開。這樣(yang)，既能把做功后的(de)蒸(zheng)汽(qi)引(yin)入汽(qi)缸(gang)外的(de)冷(leng)凝(ning)器(qi)，又可以(yi)使汽(qi)缸(gang)內產(chan)生同樣(yang)的(de)真空，避(bi)免了汽(qi)缸(gang)在一(yi)(yi)冷(leng)一(yi)(yi)熱(re)過(guo)程中熱(re)量的(de)消耗，據瓦特理論計(ji)算，這種新的(de)蒸(zheng)汽(qi)機的(de)熱(re)效率將是紐可門蒸(zheng)汽(qi)機的(de)三倍。
從理論上說(shuo)，瓦(wa)特(te)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)這(zhe)種帶(dai)有(you)分離器冷(leng)凝器的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)蒸(zheng)汽(qi)機(ji)(ji)顯(xian)然優(you)于紐(niu)(niu)可(ke)門蒸(zheng)汽(qi)機(ji)(ji)，但(dan)是(shi)，要把(ba)(ba)理論上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)東(dong)西變為實際上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)東(dong)西，把(ba)(ba)圖紙上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)蒸(zheng)汽(qi)機(ji)(ji)變為實在的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)蒸(zheng)汽(qi)機(ji)(ji)，還要走很長的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)路。瓦(wa)特(te)辛辛苦(ku)苦(ku)造出了(le)幾(ji)臺蒸(zheng)汽(qi)機(ji)(ji)，但(dan)效(xiao)果反而不如紐(niu)(niu)可(ke)門蒸(zheng)汽(qi)機(ji)(ji)，甚至四處漏氣，無法開(kai)動。盡管耗資巨大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)試驗使他(ta)(ta)債臺高筑(zhu)，但(dan)他(ta)(ta)沒有(you)在困難面(mian)前怯步，繼(ji)續進(jin)行試驗。當(dang)(dang)布萊克(ke)知(zhi)道瓦(wa)特(te)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)奮斗目標和困難處境時(shi)，他(ta)(ta)把(ba)(ba)瓦(wa)特(te)介紹給了(le)自己一個十(shi)分富有(you)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)朋友--化工技師(shi)羅(luo)巴(ba)克(ke)。當(dang)(dang)時(shi)羅(luo)巴(ba)克(ke)是(shi)一個十(shi)分富有(you)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)企(qi)業家，他(ta)(ta)在蘇格蘭的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)卡隆(long)開(kai)辦了(le)第(di)一座規(gui)模較大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)煉(lian)鐵廠。雖然當(dang)(dang)時(shi)羅(luo)巴(ba)克(ke)已近50歲，但(dan)對科學技術的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)新(xin)發明仍然傾注著極(ji)大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱情。他(ta)(ta)對當(dang)(dang)時(shi)只有(you)三十(shi)來歲的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)瓦(wa)特(te)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)新(xin)裝(zhuang)置很是(shi)贊許，當(dang)(dang)即與瓦(wa)特(te)簽訂(ding)合同，贊助瓦(wa)特(te)進(jin)行新(xin)式蒸(zheng)汽(qi)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)試制。
從1766年開始，在(zai)三年多(duo)的(de)時間里，瓦(wa)特克服了(le)在(zai)材料和工藝等(deng)各方(fang)面的(de)困難，終(zhong)于(yu)在(zai)1769年制出了(le)第一(yi)臺樣機(ji)(ji)。同年，瓦(wa)特因發(fa)明(ming)冷凝器(qi)而獲得他在(zai)革(ge)新紐(niu)可門蒸(zheng)汽(qi)(qi)機(ji)(ji)的(de)過程中(zhong)的(de)第一(yi)項專利。第一(yi)臺帶有冷凝器(qi)的(de)蒸(zheng)汽(qi)(qi)機(ji)(ji)雖然(ran)試制成功了(le)，但它同紐(niu)可門蒸(zheng)汽(qi)(qi)機(ji)(ji)相比，除(chu)了(le)熱效率(lv)有顯(xian)著提高(gao)外，在(zai)作為動力(li)機(ji)(ji)來帶動其他工作機(ji)(ji)的(de)性能方(fang)面仍(reng)未取得實質性進展。就是說，瓦(wa)特的(de)這(zhe)種蒸(zheng)汽(qi)(qi)機(ji)(ji)還是無(wu)法(fa)作為真正的(de)動力(li)機(ji)(ji)。
現代(dai)蒸(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)機(ji)(ji)的(de)最大的(de)優(you)點是它(ta)幾乎可(ke)以利用所有的(de)燃(ran)料(liao)將熱能(neng)轉(zhuan)化為機(ji)(ji)械(xie)能(neng)。不(bu)像內燃(ran)機(ji)(ji)那樣，它(ta)對其燃(ran)料(liao)不(bu)挑剔。此外沒有蒸(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)機(ji)(ji)的(de)話原子(zi)能(neng)無(wu)法被使用。原子(zi)反(fan)應堆即不(bu)直接產(chan)生機(ji)(ji)械(xie)能(neng)，又不(bu)直接產(chan)生電能(neng)，原子(zi)反(fan)應堆實際上只是加熱水，這(zhe)個水被沸騰后的(de)蒸(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)通過蒸(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)機(ji)(ji)來轉(zhuan)化為有用的(de)功。蒸(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)不(bu)一定需(xu)要通過燃(ran)燒來產(chan)生，比如使用太陽能(neng)聚熱器(qi)也可(ke)以產(chan)生蒸(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)推動(dong)蒸(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)機(ji)(ji)。
另(ling)一(yi)種有類(lei)似優(you)點的小(xiao)巧(qiao)的外燃機(ji)是(shi)斯特林發動機(ji)。其(qi)缺點是(shi)它在許(xu)多情況下難以運行。
尤(you)其在(zai)高(gao)山(shan)上(shang)蒸(zheng)汽(qi)機(ji)機(ji)車的優(you)點(dian)顯著，因為它(ta)們(men)也可以(yi)在(zai)比較(jiao)低的氣壓下運行。當南美洲將用(yong)柴(chai)油-電力機(ji)車取(qu)代它(ta)們(men)的蒸(zheng)汽(qi)機(ji)車后這一點(dian)就被發現了。在(zai)高(gao)山(shan)上(shang)他們(men)不(bu)得不(bu)放棄使(shi)用(yong)功(gong)率比較(jiao)高(gao)的柴(chai)油機(ji)車，取(qu)而代之(zhi)的還是功(gong)率雖然不(bu)如柴(chai)油機(ji)車但不(bu)受海拔限制的蒸(zheng)汽(qi)機(ji)車。
在(zai)瑞士和(he)奧地利新(xin)的(de)(de)齒軌鐵(tie)路使用現(xian)代的(de)(de)蒸(zheng)汽(qi)機(ji)，這些蒸(zheng)汽(qi)機(ji)只需(xu)要(yao)一(yi)個(ge)人來運行，比(bi)起(qi)過去的(de)(de)蒸(zheng)汽(qi)機(ji)它節(jie)省60%的(de)(de)燃料，比(bi)起(qi)電力機(ji)和(he)柴油機(ji)它輕50%，因(yin)此對齒軌的(de)(de)磨損小得多(duo)。在(zai)日內(nei)瓦湖上(shang)也(ye)有一(yi)艘新(xin)的(de)(de)蒸(zheng)汽(qi)機(ji)船，它是世界上(shang)第一(yi)艘遙控的(de)(de)蒸(zheng)汽(qi)機(ji)船。
蒸汽(qi)(qi)機(ji)的(de)(de)弱點(dian)是：離(li)不開鍋爐，整個裝置既(ji)笨重又(you)龐大；新蒸汽(qi)(qi)的(de)(de)壓(ya)力和溫度不能過高(gao)，排(pai)氣壓(ya)力不能過低(di)，熱效率(lv)(lv)難以提高(gao)；它是一種往復式機(ji)器，慣性限制了(le)轉速的(de)(de)提高(gao)；工作過程是不連(lian)續的(de)(de)，蒸汽(qi)(qi)的(de)(de)流量受(shou)到限制，也就限制了(le)功率(lv)(lv)的(de)(de)提高(gao)。
因此，拋棄了(le)(le)笨(ben)重鍋爐的(de)內燃機(ji)，最終以其重量(liang)輕(qing)，體積小、熱效(xiao)率高和(he)(he)操作靈活等優(you)點，在船舶(bo)和(he)(he)機(ji)車上(shang)逐漸取代(dai)了(le)(le)蒸汽機(ji)。汽輪機(ji)則以其熱效(xiao)率高、單機(ji)功率大、轉速高、單位功率重量(liang)輕(qing)和(he)(he)運行(xing)平穩等優(you)點，將蒸汽機(ji)排擠出(chu)了(le)(le)電站。
接著電動機又以(yi)其使用(yong)方便，代(dai)替了蒸汽機在工業設備中的應用(yong)。然(ran)而小(xiao)功率蒸汽機熱效率比汽輪機高，所以(yi)在產煤區或(huo)只(zhi)有(you)劣質燃料的地區或(huo)某些特(te)殊場合，蒸汽機仍有(you)發(fa)揮(hui)作用(yong)的余地。
蒸汽(qi)(qi)機(ji)(ji)有很大(da)的(de)(de)(de)(de)歷史(shi)作(zuo)用(yong)(yong)，它曾(ceng)推動(dong)了機(ji)(ji)械(xie)工(gong)業甚至社會(hui)的(de)(de)(de)(de)發(fa)展，解決(jue)了大(da)機(ji)(ji)器(qi)生產(chan)中最關鍵(jian)的(de)(de)(de)(de)問題，推動(dong)了交通運(yun)輸(shu)空前的(de)(de)(de)(de)進步。隨著它的(de)(de)(de)(de)發(fa)展而建(jian)立的(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)力學和機(ji)(ji)構(gou)學為汽(qi)(qi)輪(lun)機(ji)(ji)和內(nei)燃機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)發(fa)展奠定了基(ji)礎；汽(qi)(qi)輪(lun)機(ji)(ji)繼承(cheng)了蒸汽(qi)(qi)機(ji)(ji)以蒸汽(qi)(qi)為工(gong)質(zhi)的(de)(de)(de)(de)特點(dian)，和采(cai)用(yong)(yong)凝(ning)汽(qi)(qi)器(qi)以降低排汽(qi)(qi)壓力的(de)(de)(de)(de)優點(dian)，摒(bing)棄了往復運(yun)動(dong)和間(jian)斷進汽(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)缺點(dian)；內(nei)燃機(ji)(ji)繼承(cheng)了蒸汽(qi)(qi)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)基(ji)本結(jie)構(gou)和傳動(dong)形式，采(cai)用(yong)(yong)了將(jiang)燃油直接(jie)輸(shu)入汽(qi)(qi)缸內(nei)燃燒的(de)(de)(de)(de)方(fang)式，形成(cheng)了熱(re)(re)效率(lv)高得多的(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)力循環；同時，蒸汽(qi)(qi)機(ji)(ji)所采(cai)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)汽(qi)(qi)缸、活塞(sai)、飛輪(lun)、飛錘調速器(qi)，閥門(men)和密封件等(deng)，均是構(gou)成(cheng)多種(zhong)現代機(ji)(ji)械(xie)的(de)(de)(de)(de)基(ji)本元件。
工業革(ge)命(ming)的(de)(de)(de)產生一部分原因(yin)是(shi)(shi)因(yin)為蒸(zheng)汽(qi)機(ji)的(de)(de)(de)改(gai)(gai)良(瓦(wa)特沒有發(fa)明蒸(zheng)汽(qi)機(ji)，他只是(shi)(shi)改(gai)(gai)良)，而(er)蒸(zheng)汽(qi)機(ji)車的(de)(de)(de)產生也是(shi)(shi)因(yin)為蒸(zheng)汽(qi)機(ji)的(de)(de)(de)改(gai)(gai)良以及后人(ren)(ren)的(de)(de)(de)應用而(er)產生的(de)(de)(de)，當(dang)時英國鼓勵發(fa)明，并且在(zai)人(ren)(ren)口增加需(xu)要(yao)增加生產速(su)度(du)之(zhi)時，便開始有人(ren)(ren)努力(li)的(de)(de)(de)改(gai)(gai)進當(dang)時的(de)(de)(de)生產設(she)備，瓦(wa)特便是(shi)(shi)其(qi)中(zhong)之(zhi)一，而(er)瓦(wa)特改(gai)(gai)良蒸(zheng)汽(qi)機(ji)導(dao)致一系(xi)列技術革(ge)命(ming)引起(qi)了從手工勞(lao)動向動力(li)機(ji)器生產轉變。因(yin)此蒸(zheng)汽(qi)機(ji)的(de)(de)(de)改(gai)(gai)良絕對是(shi)(shi)促(cu)成工業革(ge)命(ming)的(de)(de)(de)原因(yin)之(zhi)一。而(er)蒸(zheng)汽(qi)機(ji)車是(shi)(shi)一種以蒸(zheng)汽(qi)引擎作(zuo)為動力(li)來源的(de)(de)(de)鐵(tie)路機(ji)車，因(yin)此若沒有蒸(zheng)汽(qi)機(ji)的(de)(de)(de)改(gai)(gai)良便不可能有這項交通工具的(de)(de)(de)誕生。
巧笑倩兮
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