蒸汽(qì)机是将蒸(zhēng)汽(qì)的能量转换为机械功的(de)往复式动力机械(xiè)。原理(lǐ)是将水蒸气中的动能转换(huàn)为功,由(yóu)于其中的燃烧过程在热(rè)机外部(bù)进行(háng),属于热机中的外燃机(jī)。蒸汽机的主要功能是将热能(néng)转化为机(jī)械能,为机械提供动力。蒸汽机主(zhǔ)要由汽缸、底座、活(huó)塞(sāi)、曲柄连杆(gǎn)机构、滑阀配汽机构、调(diào)速(sù)机(jī)构和飞(fēi)轮等部分组成。
蒸(zhēng)汽机的出现曾引(yǐn)起了18世纪的工业革命(mìng),在工(gōng)业革命中起(qǐ)了基本的作用。直(zhí)到20世纪(jì)初,它仍然是(shì)世界上最重(chóng)要(yào)的原(yuán)动(dòng)机,后来才逐渐让(ràng)位于内燃机和汽轮机等。蒸汽机(jī)需要一个使(shǐ)水沸腾产生高压(yā)蒸汽的锅炉(在该演示实验(yàn)中使用空气压缩机替代高压蒸汽锅炉),这个锅(guō)炉可以使用木(mù)头、煤(méi)、石油或天(tiān)然气甚至垃圾作为热源。蒸汽膨胀推动活塞做功(gōng)。早期的蒸汽机使用蒸汽凝(níng)结时(shí)产生的(de)真空来做功,后来的则使用蒸(zhēng)汽膨胀来做功(gōng)。
以下(xià)是(shì)蒸汽机(jī)的工作原理(lǐ):
蒸汽推动活塞(sāi)做往(wǎng)复运动,活塞(sāi)通过连杆、摇杆、曲柄(bǐng)将往(wǎng)复直(zhí)线运动转变为圆周运动(dòng)。蒸汽机中(zhōng)滑动阀门(mén)由偏(piān)心轮(lún)和连杆来控制(zhì)。当活塞向(xiàng)右运动时偏心轮带动连(lián)杆推动滑动阀向左运(yùn)动,当活(huó)塞运动到最左(zuǒ)端时滑动(dòng)阀挡(dǎng)住左侧进气口,使蒸汽不能进(jìn)入(rù)左侧气缸。当滑动(dòng)阀向右运动同时滑块(kuài)下方(fāng)连接排气口,左侧低温气体由滑动阀(fá)下腔(qiāng)进(jìn)入排(pái)气口排出。滑动阀运动到最(zuì)左端后左侧排气口关闭(bì),进(jìn)气口打开,高温高压(yā)蒸汽进入右侧气缸,推(tuī)动活塞向右运动(dòng),同(tóng)时滑动阀(fá)在偏心轮(lún)的(de)带动下向右运动,打开左侧排(pái)气道。当活塞运(yùn)动到最左端时,右侧进气道关(guān)闭,左侧排气口打开……如此往复,蒸(zhēng)汽不断推动活(huó)塞(sāi)带动轮转动,蒸汽的内能(néng)转变为飞轮(lún)的动能对外做功,用皮(pí)带将机(jī)械与外边(biān)的皮带轮链接,就(jiù)能(néng)利(lì)用蒸汽机实现工业(yè)生产(chǎn)。
蒸(zhēng)汽机的(de)出现和改进促进了社(shè)会经济的发展,但同(tóng)时经济的发展(zhǎn)反过(guò)来又向蒸(zhēng)汽机提(tí)出了(le)更(gèng)高的要求,如要求蒸汽(qì)机功率大、效率高、重量轻、尺寸小等。尽管人们对蒸汽机作(zuò)过许(xǔ)多(duō)改(gǎi)进,不断(duàn)扩大它的使(shǐ)用范围和(hé)改(gǎi)善(shàn)它的性能,但是(shì)随(suí)着(zhe)汽轮机和内燃机的发展,蒸汽机(jī)因存在不可(kě)克服的弱(ruò)点而逐渐衰落。
蒸汽机的弱(ruò)点是:
离不(bú)开锅炉,整个装置既笨重又(yòu)庞大;新蒸汽的压力和(hé)温度不能过高,排气(qì)压力不能过低,热效率难以提(tí)高(gāo);它是一种往复式机器(qì),惯(guàn)性力限(xiàn)制了转(zhuǎn)速的提高;工作过(guò)程(chéng)是不连续(xù)的,蒸汽(qì)的流量受到限制(zhì),也就(jiù)限制了功率的提(tí)高。
蒸(zhēng)汽机的出现,推动了社会的发展,将人类带入机(jī)械化时代(dài),虽(suī)然现在已经被淘汰(tài),但是蒸汽机上面的很(hěn)多零件如气缸、活塞、飞(fēi)轮、阀门和密(mì)封件等构成了现(xiàn)代机械的(de)基本组件,因此,蒸(zhēng)汽机的出(chū)现具有划(huá)时(shí)代的意(yì)义。