全速前进:托马斯·纽科门到詹姆斯·瓦特的旅程

在以技术为主题的2021年冬季版Lapham的季度杂志上，作家西蒙·温彻斯特(Simon Winchester)记录了他所谓的“一个可以证明的、不可剥夺的事实:水加热到沸点就会变成气态，即蒸汽，它所占的体积整整是其液体来源的1700倍。”

温彻斯特所提到的“可证明的和不可否认的事实”无情地导致了詹姆斯瓦特，苏格兰发明家和机械工程师，于1736年1月18日出生在格拉斯哥附近的格林诺克。一个文章在BBC历史网站上，瓦特以“蒸汽机技术的进步而闻名”。

温彻斯特补充说:“因此，工业革命完全归功于瓦特:在近两个世纪里，没有比他的发动机及其无数衍生产品更具有开创性的装置诞生了。”

瓦特是一位革新者，他发现了以前蒸汽机的缺陷，并提出了重要的改进。在他之前，曾有过几次建造高效机器的尝试。尤其是托马斯·纽科门在18世纪早期在英国发明的一种，被广泛用于驱动水泵从矿井中抽水，这是18世纪最大的工业挑战之一。

1763年，瓦特受雇于格拉斯哥大学，是一名精密工具和仪器制造商，他被要求检查纽科门的一台发动机。美国密歇根州立大学工程学院的副教授卡尔·里拉说，这些都是“极其低效”的能源浪费机器。

到1765年瓦特已经提出了他的“突破性的发展”，尽管“他花了11年的时间才看到设备在实践中，”里拉说。

纽科门于1664年2月28日出生在英国的达特茅斯。他的父亲是一名商人和船主，托马斯成了一名铁匠和铁匠。

一个2012文章发表于美国工程教育学会(ASEE)的一篇文章称，纽科门在1712年成功地制造了第一台蒸汽机，“他的设计从1712年开始大量制造，直到19世纪20年代，一直使用到大约1930年”。

ASEE表示，纽科门“是第一个根据之前工程师和科学家的原理和设计开发出可工作的蒸汽机的人，最著名的是丹尼斯·帕平展示的蒸汽活塞汽缸装置，但从未商业化”。帕潘生于1647年8月22日的法国发明家。

纽科门和约翰·卡利(John Calley)一起工作，卡利是一名管道工和玻璃工。纽科门花了7年时间研制出了一台能正常工作的发动机。它于1712年安装在英国西米德兰兹郡的科尼格力煤厂，用于从矿井抽水。

ASEE表示，这种发动机“尤其是在最初的形式下，效率极其低下，但却能够从以前难以企及的深度抽取大量水”。据报道，一些纽科门发动机从地下300多米的矿井中泵出。

里拉说，开发蒸汽动力的一个基本原理是“水蒸气的冷凝可以产生真空”。

他说，纽科门的机器“被称为‘大气’发动机，因为使用的最大蒸汽压力接近大气压力”。

ASEE解释说，发动机的基本配置“由三个主要部分组成:蒸汽活塞和汽缸、摇臂和往复水泵。”活塞和气缸通过冷凝蒸汽提供动力，从而在气缸中产生真空。气压在活塞顶部引起活塞运动。摇杆用来将活塞的动力传递给水泵，从而将水从矿井中提出来。”

马克Csele安大略省尼亚加拉学院教授,加拿大,谁写技术的历史,描述了一个后来纽科门的机器“一个输出功率约为14.9千瓦(2 hp)和运营14岁中风(所以活塞循环一次每分钟4秒,很快的重量引擎。它的汽缸内径为28英寸(71厘米)，冲程为72英寸(182厘米)。”

里拉说，当瓦特检查纽科门发动机时，他“意识到”运行它“需要多少能量”。蒸汽缸被反复加热和冷却，这浪费了再加热钢材的能量，也造成了巨大的热应力。

里拉说，瓦特的关键发展是在发动机上增加了一个单独的冷凝器。瓦特的发动机和纽科门的发动机一样，是利用活塞一侧的真空产生的压差来推动蒸汽活塞向下运动。然而，瓦特的蒸汽汽缸始终是热的。阀门允许蒸汽流入一个单独的冷凝器，然后使用气泵将冷凝物与任何气体一起泵送。

“纽科门引擎是60年来最好的技术!”一些纽科门发动机使用的时间更长，尽管它们明显不如随后的瓦特发动机。”

纽科门于1729年8月5日在伦敦去世。在英国伯明翰附近的黑色乡村生活博物馆展出了他1712年发动机的全尺寸复制品。