四、和瓦特同时代的蒸汽机发明

纽可门蒸汽机的原始蜂房锅炉是一个大的铜质酿造容器，放在一个庞大的厨房火炉上。1780 年时，它可能需要 64 蒲式耳煤来填充炉子。由于煤质地低劣，通风差，所以，这些火炉排出的烟必定形成浓密烟云，在矿区上空徘徊。在瓦特时代，蒸汽机配以矩形铸铁锅炉，其火炉对于同样的蒸汽容量只需要十分之一燃料，火焰则实际上包围锅炉。然而，最重要的改良是特里维西克的科尼什锅炉，它逞管状，直径约

6 1 英尺，带回流烟道。管形锅炉使得汽压显著增加而又安全，但要更小心

地维持水位。直到 1800 年前后，约每平方英寸 2 或 3 磅的锅炉汽压限制了可以运用的动力。当更高汽压可资利用时，矿井工作的劳动强度妨碍了对改良的利用。

活动零件、泵杆、平衡重物、横杆等等的重量在较深的矿井中可能重达300 吨，因此，所产生的提升能力不到 40 吨。冲程开始时的惯性力证明过于猛烈，旧式传动装置承受不了。这导致在冲程的绝大部分都采用低压蒸汽，甚至在可以得到比较经济的高初始汽压和膨胀作用时也是如此。

典型的十八世纪矿井泵是叶片活塞式的，其中所提升的水的重量加载于这叶片活塞。随着深矿井中泵杆长度和重量增加，越来越需要作出一个显著改良，即回复到柱塞式泵。运用这种泵，泵柱的重量能泵抽水，而在返回冲程，蒸汽机“泵抽泵杆”。威廉·默多克试图实施这一改良。但是，它过了

很久主要由于理查德·特里维西克的影响才流行开来。

图 308──特里维西克

科尼什矿业主日益感到，瓦特的垄断是压制性的。因此，他们鼓励一些当时的发明家，其中最重要的是乔纳森·霍恩布洛尔（1753—1815）、爱德华·布尔和理查德·特里维西克（1753—1815）。

霍恩布洛尔据信是在纽可门手下工作过的一个机工的孙儿，这位机工全家都被培养为从事蒸汽机制造和管理的行家。乔纳森早在 1776 年就制作了一台模型蒸汽机，它“带一个汽缸盖，还有一根铁杆，穿过盖上的一个牵拉环”（参见 Rhys Jenkins，载 TheTrans.of the Newcomen Soc.，Vol.Ⅺ， pp.138f.）。但是，他直到瓦特 1778 年把闭式汽缸蒸汽机引入康沃尔时，才实行这个思想。霍恩布洛尔当时制造一种有两个闭式汽缸的蒸汽机。第一个汽缸接受直接来自锅炉的蒸汽，第二个的容量是第一个两倍，接受第一个汽缸排出的汽。他还获得了这种蒸汽机的专利权。

图 309──霍恩布洛尔的复式蒸汽机

他的第一种型式中，蒸汽仅仅在活塞上面作用，一个表面式凝汽器装设在第二个汽缸下端。在后来的机型（图 309）中，装设了一个单独凝汽器，一个喷水嘴沿排汽管轴线喷射。然而，由于使用低汽压，这复式汽缸没有真正带来好处，因此被废弃了。直到 1804 年，阿瑟·伍尔夫又使之复活。不过，这时它仅仅用于旋转式蒸汽机。然而，1781 年装设在拉德斯托克的霍恩布洛尔蒸汽机是第一台实际使用的真正复式蒸汽机。

布尔的专长是把他的泵用蒸汽机的汽缸垂直地安装在主泵杆

图 310──布尔的泵用蒸汽机(1798 年)

之上，而活塞杆同这主泵杆相连。这使得能够采用直接提升，而无需动用惯常那种令人讨厌的横杆。因此，这是一个显著改良。然而，它包括应用瓦特的单独凝汽器。

1790 和 1794 年间，在康沃尔装设了十台霍恩布洛尔式和布尔式蒸汽机。

但是，在 1793 年 6 月博尔顿和瓦特对布尔以及 1796 年 12 月博尔顿和瓦特对马伯利和霍恩布洛尔进行考核之后，这两种型式蒸汽机的用户都得付给瓦特专利税。

理查德·特里维西克是一个科尼什矿场经理的儿子。还在他只有六岁那年，这个郡装设的第一台瓦特蒸汽机在当地矿工和机工中引起了一场轩然大波。他的童年时代是在后来的发展和论争的气氛中度过的。他自己年方 19 岁就当上了几个矿场的工程师。两年以后，他同爱德华·布尔合作，帮助装设几台布尔式蒸汽机。博尔顿和瓦特竭力证明他同布尔的关系是合伙关系。但是，他们未遂愿。他一直逃避一项指令，它禁止他侵犯他们的专利权。直

到 1796 年，传票送达正在伯明翰的他，当时他作为矿业主代表到索霍执行调停使命。

1796 年，特里维西克转向注意发展高压锅炉——把高压蒸汽机用于矿井拖运和其他目的，包括机动车。他还重新引入了柱塞泵，并设计了水压引擎。1802 年，他获得了他的高压蒸汽机的专利权。在接着的几年里，允许这个郡各地的铸造厂制造这种蒸汽机。他没有建造过专门生产这种蒸汽机的工厂。在还没有得到相当报酬之前，特里维西克就已把他的专利权转让掉了。这些1805 年的早期蒸汽机的一个典型样机现在保存在伦敦的科学博物馆。

十八世纪初蒸汽机的低效率是若干相关因素促成的。工作汽压范围小，因而必需大的汽缸和相应的笨重零件。大的汽缸把广阔的表面暴露于轮番加热和冷却。整个汽缸被喷射水淹没而冷凝，因而使一个又冷又湿的汽缸同入射蒸汽相接触。

象我们所已看到的那样，瓦特通过造成比较完全的冷凝来增加有效汽压。他还通过把热蒸汽空间同冷的凝汽空间隔离而减少热的损失。由于使致冷凝水和被冷凝的蒸汽保持隔离，他达到减小凝汽器尺寸。

完全抛弃冷凝，利用高压蒸汽达致必要的汽压范围，能够实现甚至更大的节省。于是，蒸汽机和锅炉的组合也产生了，它十分轻巧，可以携带。在这之前还只属于幻想和预言的火车，也因之成为实际可能的东西了。

（参见 R. H. Thurston ： A History of the Growth of the Steam Engine， London，1878；H. W. Dickinson 和 R.Jenkins：James Wattand the Steam Engines，Oxford，1927；H. W. Dicknson：A Short Hi- story of the Steam Engine， Cambridge，1939；H. W. Dickinson 和 A. Titley：Richard Trevithick，Cambridge，1934。）