4.2.2 塞维利在线视频

同学们大家好

在17世纪末18世纪初

随着矿产品需求量的增大

矿井越挖越深

许多矿井都遇到了严重的积水问题

为了解决矿井中的排水问题

当时一般靠马力转动辘轳

来排除积水

但一个煤矿需要养几百匹马

这使费用非常高昂

发明家对排水问题纷纷开展研究

英国的汤姆斯塞维利就是其中的一位

他最早发明了蒸汽泵用来排水

塞维利是一位对力学

数学很感兴趣的军事机械工程师

又当过船长

具有丰富的机械技术知识

1650年塞维利出生于康沃尔

那里是盛产铜矿

他从小就那里亲眼目睹了

矿工们在开采铜矿时所遇到的困难

当矿井掘到一定深度的时候

地下水就不断渗透 涌满了整个坑道

矿工双腿都没在冷水中操作

为了排除坑道中的积水

采用了手压泵造成真空的办法提水

然而采用该方法

并不能一次就将水提到所需要的高度

而需要在几个高度安装几台水泵

接力提水 可以想象

要想在狭窄 黑暗的坑道里

安装几台水泵

难度很大 费用可观

他思考到 手压水泵为的是要造成

能使大气将地下水挤压上来的真空

而充满蒸汽的容器在冷凝以后

不是同样可以获得真空吗

这样不就同样可以达到

利用大气的压力将近地下水

挤压到形成真空的管道里去了吗

1696年 塞维利发明了

把动力装置和排水装置

结合在一起的蒸汽泵

塞维利把这个装置称为steam engine

蒸汽机得名于此

这个装置的主要构件包括汽缸和锅炉

与巴本的汽缸所不相同的是

塞维利的汽缸未采用活塞结构

只是在其中接有吸水管

排水管和进汽管

直接依靠真空把水吸上去

再用蒸汽压力把水挤出去

塞维利蒸汽机的工作原理如下

连接锅炉和汽缸的管道有一阀门

可以开启以便通入蒸汽

也可以关闭用于禁止蒸汽进入

与汽缸相通的P管和P’管

则都有一个单向阀门

只能让水流进或流出

锅炉里的水烧开后

开启连接锅炉和汽缸的管道阀门

蒸汽进入汽缸

蒸汽挤压着汽缸里的水

从通向上方的P’管中排出

待汽缸中的水全部排空

关闭P’管中的阀门

和开启连通锅炉和汽缸的管道阀门

将蒸汽冷凝 汽缸变成真空状态

开启P管的阀门

大气压力就会挤压地下水

从通向下方的P管中涌上来

将汽缸灌满 如此反复进行

塞维利所发明的蒸汽泵式抽水机

原理和构造都比较简单

但却同时利用了两种力量

利用密闭容器内

蒸汽凝结形成的真空

用大气压力把低水位的水

通过吸入管压入容器

然后再用蒸汽

将容器中的水压向高处排出

为了观察锅炉的水位

塞维利还在泵上安装了量水旋塞

1698年夏他将机器模型

奉献给威廉三世

时任英国国王兼荷兰执政

并将发明的机器称为矿工之友

塞维利很擅于进行宣传鼓动

他在专利申请书是这样写道

致英格兰矿业界诸位企业家先生

我很能体会

诸位中有很多位仍把我所发明的

用火的推进力来提升地下水的方法

看做是一种无用的设计

而且认为这样的发动机

完全不能在地下使用

也不能用来提升和排除你们矿井中的积水

也就不配受到你们的任何鼓励

这种看法绝不符合我进行这一发明的意图

也不符合我的抱负

我不希望自己背着一个

投机创办人的坏名声

所以特此呈献我的机器草图一份

列举出它的种种用途

以便你们可以考虑

决定它到底是否值得

费你们一些事来利用它

对于排除矿井和煤矿中的积水

只要采用这种发动机

它就可充分表现出自己是能够提升水的

不但简便易行而且节省费用

我不怀疑 几年之内

它将使矿业的生产

达到今天效率的两倍

如果达不到三倍的话

从而矿业的生产成为我们大英帝国中

不可低估的财源

再说 当前我们王国大量出口的

铅 锡和煤

是在花费了大量的排水开支

和矿工们忍受了一言难尽的排水痛苦

和困难的情况下才取得的

那么 只要一旦采用了这种

在各个方面都适于矿井需要的发动机

开支将大大节省 效率大大提高

矿业的出口量岂不将大大提高吗

塞维利认为自己的发明可有多种用途

抽干沼池 排除积水 供给城市用水

扑灭火灾 推动磨轮等

加上他为自己发明的蒸汽机

所起的名字起到能引起矿主和

矿工们的好感

于是首先被矿主们在矿井上使用

实现应用最早的是

在康沃尔郡的一个铜矿里

后来又被用在斯塔德耶耶郡的一个煤矿里

但使人感到失望的是

塞维利的矿工之友在实际应用中

并没有达到他所表白的那样高的效率

它并不能将水升到矿井中所需要的高度

而如果提高蒸汽压力

又容易造成锅炉因承受不住

这么大的压力而发生爆炸

在当时条件下

人们还没有找到足够耐压的材料

和高超的技术来制造出耐压锅炉

又缺少测量显示锅炉内部压力的装置

可以及时预防 保证锅炉的安全

再者它的锅炉受热面积太小

在冷凝暖过程中造成的

燃料消费非常严重

如果用它来给城市居民供水费用太昂贵

所以 矿工之友只用在一些

花园式私人住宅中进行装饰性的喷水

因为在这种场合下功率不大高度有限

效果还可以

从本质上讲

塞维利的蒸汽机是

一种没有活塞的蒸汽机

虽然燃料消耗很大

也不太经济

但它却是是人类历史上

第一台实际应用的蒸汽机

这样 蒸汽动力技术

基本完成了从实验科学

到应用技术的转变

他已经预见到应用蒸汽机的

重要性和可能性

而且认识到这种动力

去干繁重而又连续不断的工作

对于抽干矿井中不断涌出的地下水来说

具有多么大的优越性

是一种了不起的思想

英国科技史家贝尔纳认为

塞维利的发动机工作起来

有不少实际的缺点

但它主要的价值

乃在于表明用蒸汽动力提水

这一根本问题是能够付诸实践的

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