初试蒸汽

在英国有一个古老的传说，讲的是瓦特当年发现蒸汽作用力的美妙故事。

据说，当瓦特还是一个孩子的时候，在伦弗鲁郡格里诺克市他家中的大火炉旁，他注意到水壶中的水烧开时，把壶盖顶了起来，从而“发现了”蒸汽的作用力。在一幅由史东所绘的著名油画中，年轻的瓦特正和父母一起用茶，在餐桌上的水壶从水壶嘴冒出蒸汽，瓦特聚精会神地正在观察蒸汽由沸腾的水壶中冒出、凝结的情形。

这个故事当然是不真实的。它流传很广，使人家误以为瓦特是在家中喝茶时有了蒸汽机的构想。

其实，这段情节是根据他的一位阿姨所描述的。瓦特的阿姨这样说道： “我从来没有看过你这么游手好闲的男孩！快去看书或做些有用的事。你已经半小时没说话了，只会打开壶盖然后再盖上，现在又拿一个咖啡杯和汤匙放在蒸汽上面：观看蒸汽怎么从壶口冒出来，并且去盛接以及计算有多少水滴。”

无独有偶，在几百英里以外的德文郡达特茅斯市，当时也有一个十分类似的传说，却同瓦特的老前辈托马斯·纽科门的名字联系起来了。作为世界上第一台实用蒸汽机的制造者，纽科门最有资格誉为蒸汽机的最早发明家，而瓦特则起了一个伟大的改进者的作用。关于他们两个人的上述传说，只不过是一篇生动的民间故事而已，因为那种人所共知的现象，是用不着他们去发现的。远在古代，人们对蒸汽的作用力就有了认识；而在纽科门和瓦特的时代，蒸汽的作用力确定为自然科学已成为事实，后来则称为科学。

认识到一种力的存在是一回事，而要成功地驾驭这种力使之为人类所用，则是困难得多的另一回事。瓦特的功绩，就在于他通过不断的研究改进，终于找到了一种安全简便的办法，为工业提供了节能高效的蒸汽机。

自从瓦特诞生以来的两个多世纪，在人类历史的长河中，只不过是转瞬即逝的一刹那。然而，由于瓦特和他的继承者们的发明所引起的变化，却是那么巨大和广泛，以至于使他的童年时代所处的世界，与我们生活的当今世界相比，竟有着天壤之别，相隔甚远。

不过，在当时的英国也有两件新事，已经使工业革命的势头有了发展。首先是阿布拉罕·达比于 1709 年前后，在希罗普郡的科尔布鲁克代尔，完成了利用焦炭炼铁的技术改进。这项新技术的采用，使炼铁工业不再受木炭供应的限制，从而有可能大量增加生产。其次是由于炼铁厂的老板们现在需要更多的煤炭，于是，托马斯·纽科门于 1712 年在斯塔福德郡，成功地安装了他的第一台矿用蒸汽机抽水泵，从而使得矿工们可以在矿井深层采煤。

纽科门的蒸汽动力泵机，在发明初期安装的不多。但在 1733 年这项发明专利权期满之后，采用它的人便很快增多起来。到了瓦特出生的时候，在苏格兰的埃尔郡和中洛锡安的一些煤矿里，也有一些这种动力抽水机在工作。但同英格兰中部地区相比，苏格兰当时还是个不发达地区，几乎还没有受到新技术的触动。到了 18 世纪 50 年代，由于约翰斯莱顿等工程师使用了大口径的铁制汽缸，并对其他零件做了一些改进，纽科门式的发动机在英国的应用，在数量和功率两个方面都有了很大的提高。这激发了年轻的罗比森去思索新动力的可能性：为什么发动机的用途，只限于矿井抽水呢？难道不可以

用它来转动机器，甚至驱动道路上行驶的马车吗？当他们在瓦特的作坊里交谈的时候，罗比森这些满怀希望的推想很快便引起了瓦特的兴趣。据斯迈尔斯说，他确曾设计出一种装有蒸汽机的车辆的原始模型，这种车辆带有两个用马铁片制作的汽缸。这次试验的失败表明了瓦特缺少这方面的知识，因而使瓦特决心加以弥补。瓦特从未见过纽科门式的发动机，于是他便开始研究，他从诸如德萨古利尔斯、贝利多尔和斯威策等作家那里了解到了他的前辈帕平、萨弗里和纽科门曾经取得的成就。

瓦特能够致力于这方面研究的时间是有限的，因此直到 1761 年、1762 年，他才开始进入实际的试验阶段。他设法搞到了一个帕平蒸煮器（即现今高压锅的最初的雏形），把它用作蒸汽发生器，从而使他能确定蒸汽在高压情况下的功率。在这方面，他是按照萨弗里的办法进行试验的，萨弗里当年曾利用蒸汽的压力，把水管内的水顶上去。他把一个装有密封活塞块的小注水器连接到蒸煮器上，并在蒸煮器和注水器之间装一个阀门；根据阀门的转动方向，既能使蒸汽进入汽缸，也能把它全部排放出去。瓦特发现，在他使蒸汽进入汽缸的时候，这个小活塞就被往上顶，这股力可以顶起 15 磅的重量。当他转动阀门把蒸汽从蒸煮器里排放出去时，在汽缸里的蒸汽放尽后，活塞就下落，并且这种过程还可以连续反复。

即使从消极方面来说，这个第一次试验仍具有极大的意义。它表明从一开始，瓦特就如愿以偿地领会并证实了高压蒸汽具有膨胀力。瓦特确实制作过一台极其粗糙简单的高压蒸汽发动机，并且像他这样一位具有聪明才智的能工巧匠，是不可能在头脑里没有出现过这种想法的。倘若这种双向阀像纽科门式发动机上的阀那样是用机械操纵的话，这台蒸汽机就会成为自动的了。这种蒸汽机的运转原理与纽科门式发动机的原理相比会简单和有效得多。然而，瓦特却根本不考虑去采取这一有希望发展的途径。他之所以这样做的理由，可以用他自己的话来做出最好的解释：

我很快便放弃了根据这种原理制作发动机的想法，因为我知道它很容易导致对萨弗里的发动机的那些方面的否定，即萨弗里发动机的锅炉有发生爆炸的危险；难以使它的连接处密封；还有因为研制不了有助于活塞下降的真空装置，从而会浪费大量的蒸汽力等。

瓦特的这段解释，尽管是在回顾往事时所写的，但却无疑公允地说明了他当时不使用高压蒸汽的原因。的确，用当时通用的材料和工艺去制造一台锅炉，或者设计出能够经得住高压的接头和垫圈，本来就是件极端困难的事情。然而，有志者最后总会想出办法来的。瓦特最终确实采用了那套大大超过了当时实际条件的操作系统，并且在它取得成功之前，他在着手解决实际工程问题方面所遇到的困难，决不是不令人望而生畏的。瓦特在写上面这段话的时候，肯定知道这一点，不过他那过于谨小慎微和极端固执的作风，使得他在由于技术进步而原来那些困难已不复存在之后很久，仍然坚持反对使用高压蒸汽。他就是这样一个人：一旦认准了一条路比其他的路好，他就会一直沿着它走到底，决不回头。因此，他的第一次实际试验是具有决定性意义的。而那条令瓦特怯步的道路，却将留给那位伟大的康瓦尔人理查德·特里维西克去勇敢地开辟了。

瓦特反对利用高压发动机的另一个理由，是“有助于活塞下降”的真空装置会造成损失，其实，这种说法是自相矛盾的。实际上，这种损失只高达

一个大气压，即每平方英寸 13～14 磅的压力，特里维西克后来的试验表明，当他把蒸汽加压到每平方英寸 100 磅或 100 磅以上时，这种损失简直是微不足道的。此外，特里维西克还表明，瓦特发动机上的真空装置的优越性，在某种程度上是被冷凝气泵耗费的力所抵消了；而冷凝气泵又是保持真空状态所必不可少的。

瓦特和特里维西克共有的惟一特点是：两个人几乎都没有一点精明果断的经商能力。而在其他各个方面，他们则大相径庭。奇怪的是，他们这种天生固有的秉性，似乎也如实地反映到了他们各自的创造发明上。瓦特的那种大型横杆式发动机，设计得机身庞大、沉重、运转缓慢、无噪音，而且运转起来是那样从容不迫，准确无误，这正是其制造者独具匠心的真实写照：谨慎、执拗、意志坚定和对工艺精益求精的态度。而在赫尔兰矿区的特里维西克式堪称为技术杰作的高压柱式发动机，其爆炸似的排气声，在 5 英里以外的地方都能听得见，它简直集中体现了其制造者那种变幻莫测的创造力、勇猛的胆量和真正的潜力。

赫尔兰的这台发动机，仅仅是瓦特初次试验的那种装置的扩大型号而已，因为既做活塞又是活塞杆的柱塞杆，直接驱动抽水杆而不通过横杆起作用。瓦特不敢再对能顶起 15 磅重量的小活塞进一步加以改进。而特里维西克

则用一个高 12 英尺、直径 33 英寸的汽缸，取代了瓦特的小注水器；他所使汽缸充气的压力相当高，因此当它喷汽轰鸣时，就像从锅炉安全阀冲出的蓝色火焰一样。把人们吓得惶惶而逃。当瓦特进行首次试验时，特里维西克还没有出生，但是当瓦特拆掉了他的装置，并决心另走一条不同的道路时，在这两位伟大的工程师之间的最终的尖锐冲突就注定要发生了。