蒸汽技术由来

由于蒸汽机和电力技术的发明和使用而引起的两次技术革命,曾经对人类社会历史进程发生过巨大的推动作用。现在应用广泛的蒸汽技术也由此而来。让我们通过两次的工业革命来贯穿介绍蒸汽技术的由来。

第一次工业革命

　　18世纪60年代--19世纪中期（人类开始进入蒸气时代）

　　工业革命不能仅仅归因于一小群发明者的天才。天才无疑起了一定的作用，然而，更重

要的是18世纪后期起作用的种种有利力量的结合。除了在强有力的需要的刺激下，发明者很少作出发明。作为种种新发明的基础的许多原理在工业革命前数世纪已为人们所知道，但是，由于缺乏刺激，它们未被应用于工业。例如，蒸汽动力的情况就是如此。蒸汽动力在希腊化时代的古埃及已为人们所知道，甚至得到应用，但是，仅仅用于开关庙宇大门。不过，在英国，为了从矿井里抽水和转动新机械的机轮，急需有一种新的动力之源。结果引起了一系列发明和改进，直到最后研制出适宜大量生产的蒸汽机。

第一次工业革命

 　　这些有利条件导致一系列发明，使棉纺织工业有可能到1830年时完全实现机械化。新发明中，理查德·阿克莱特的水力纺纱机（1796）、詹姆斯·哈格里夫斯的多轴纺纱机（1770）和塞缪尔·克朗普顿的走锭纺纱机（1779）是十分出色的。水力纺纱机能在皮辊之间纺出又细又结实的纱；用多轴纺纱机，一个人能同时纺8根纱线，后来是16根纱线，最后为100多根纱线；走锭纺纱机也称为“骡机”，因为它结合了水力纺纱机和多轴纺纱机的优点。所有这些新纺纱机很快就在生产出比织布工所能处理的多得多的纱线。有位名叫埃德蒙·卡特赖特的牧师试图矫正这种不平衡状态，他在1785年取得了一种最初由马驱动、1789年以后由蒸汽驱动的动力织机的专利权。这种新发明物制作粗陋，在商业上无利可图。但是，经过20年的改进之后，其最严重的缺点得到了纠正。到19世纪20年代，这种动力织机在棉纺织工业中基本上已取代了手织织布工。

 　　正如纺纱方面的发明导致织布方面相应的发明一样，某一工业中的发明促进了其他工业中相应的发明。新的棉纺机引趄对动力的需要，这种动力较传统的水车和马所能提供的动力更充裕、更可靠。约1702年前后，一台原始的蒸汽机已由托马斯·纽科门制成，并被广泛地用于从煤矿里抽水。但是，比起它所提供的动力来，它消耗燃料太多，所以经济上仅适用于煤田本身。1763年，格拉斯哥大学的技师詹姆斯·瓦特开始改进纽科门的蒸汽机。他同制造商马修·博尔顿结成事业上的伙伴关系，博尔顿为相当昂贵的实验和初始的模型筹措资金。这一事业证明是极其成功的；到1800年即瓦特的基本专利权期满终止时，已有500台左右的博尔顿－瓦特蒸汽机在使用中。其中38%的蒸汽机用于抽水，剩下的用于为纺织厂、炼铁炉、面粉厂和其他工业提供旋转式动力。但是，蒸汽机的顺利发明也离不开当时的自然环境于社会因素，早在公元前120年，古埃及就有人曾研究蒸汽作动力。据统计，在此后的一千八百多年里，试用蒸汽作动力的发明者不下我二十人，但他们都未制成较为完善的蒸汽机，并广泛运用于生产，于是，有人说：“如果瓦特早出生一百年，他和他的发明将会一起死亡！”由此可见，环境也是十分重要的。

 　　蒸汽机的历史意义，无论怎样夸大也不为过。它提供了治理和利用热能、为机械供给推动力的手段。因而，它结束了人类对畜力、风力和水力的由来已久的依赖。这时，一个巨大的新能源已为人类所获得，而且不久，人类还能开发倘藏在地球中的其他矿物燃料，即石油和燃气。如此，开始了一种趋向，它导致目前的局面：西欧和北美洲每人可得到的能量分别为亚洲每人的11.5倍和29倍。这些数字的意义在一个经济力量和军事力量直接依赖于所能获得的能源的世界中是很明显的。实际上，可以说，19世纪欧洲对世界的支配与其说是以其他任何一种手段或力量为基础，不如说是以蒸汽机为基础。

 　　新的棉纺机和蒸汽机需要铁、钢和煤的供应量增加——这一需要通过采矿和冶金术方面的一系列改进得到满足。原先，铁矿石是放在填满木炭的小熔炉里熔炼。森林的耗损迫使制造人求助于煤；正是在此时即1709年，亚伯拉罕·达比发现，煤能够变为焦炭，正则木头可以变成木炭一样。焦炭证明是和木炭一样有效的，而且便宜得多。达比的儿子研制出一个由水车驱动的巨大风箱，从而制成第一台由机械操纵的鼓风炉，大大降低了铁的成本。1760年，约翰·斯米顿作了进一步的改进；他抛弃达比所使用的、由皮革和木头制成的风箱，用一个泵来代替，这泵由四个装有活塞和阀门的金属气缸组成，并由水车驱动。更重要的是亨利·科特作出的改进，他于1784年发明了除去熔融生铁中的杂质的“搅炼”法。利特把熔融生铁放在一个反射炉里，加以搅动或“搅炼”。这样，通过在熔融体中环流的空气中的氧，除去熔融体中的碳。除去碳和其他杂质后，就生产出比原先易碎的熔融生铁或生铁更有韧性的热铁。当时，为了跟上制铁工业的不断上升的需要，采煤技术也有了改善。极为重要的是蒸汽机用于矿井排水，还有，就是1815年汉弗莱·戴维爵士发明的安全灯；安全灯大大减少了开矿中的危险。

 　　由于这种种发展的结果，英国到1800年时生产的煤和铁比世界其余地区合在一起生产的还多。更明确地说，英国的煤产量从1770年的600万吨上升到1800年的1200万吨，进而上升到1861年的5700万吨。同样，英国的铁产量从1770年的5万吨增长到1800年的13万吨，进而增长到1861年的380万吨。铁已丰富和便宜到足以用于一般的建设，因而，人类不仅进入了蒸汽时代，也跨入了钢铁时代。

 　　纺织工业、采矿工业和冶金工业的发展引起对改进过的运输工具的需要，这种运输工具可以运送大宗的煤和矿石。朝这方向的最重要的一步是在1761年迈出的；那年，布里奇沃特公爵在曼彻斯特和沃斯利的煤矿之间开了一条长7英里的运河。曼彻斯特的煤的价格下降了一半；后来，这位公爵又使他的运河伸展到默西河，为此耗去的费用仅为陆上搬运者所索取的价格的六分之一。这些惊人的成果引起运河开凿热，使英国到1830年时拥有2500英里的运河。

 　　与运河时代平行的是伟大的筑路时期。道路起初非常原始，人们只能步行或骑马旅行；逢上雨季，装载货物的运货车在这种道路上几乎无法用马拉动。1850年以后，一批筑路工程师——约翰·梅特卡夫、托马斯·特尔福德和约翰·麦克亚当——发明了修筑铺有硬质路面、能全年承受交通的道路的技术。乘四轮大马车行进的速度从每小时4英里增至6英里、8英里甚至10英里。夜间旅行也成为可能，因此，从爱丁堡到伦敦的旅行，以往要花费14天，这时仅需44小时。

 　　1830年以后，公路和水路受到了铁路的挑战。这种新的运输方式分两个阶段实现。首先出现的是到18世纪中叶已被普遍使用的钢轨或铁轨，它们是供将煤从矿井口运到某条水路或烧煤的地方用的。据说，在轨道上，一个妇女或一个孩子能拉一辆载重四分之三吨的货车，一匹马能干22匹马在普通的道路上所干的活。第二个阶段是将蒸汽机安装在货车上。这方面的主要人物是采矿工程师乔治·斯蒂芬孙，他首先利用一辆机车把数辆煤车从矿井拉到泰恩河。1830年，他的机车“火箭号”以平均每小时14英里的速度行驶31英里，将一列火车从利物浦牵引到曼彻斯特。短短数年内，铁路支配了长途运输，能够以比在公路或运河上所可能有的更快的速度和更低廉的成本运送旅客和货物。到1838年，英国已拥有500英里铁路；到1850年，拥有6600英里铁路；到1870年，拥有15500英里铁路。

 　　蒸汽机还被应用于水上运输。从1770年起，苏格兰、法国和美国的发明者就在船上试验蒸汽机。第一艘成功的商用汽船是由美国人罗伯特·富尔顿建造的；他曾前往英国学习绘画、但是，与詹姆斯·瓦特相识后，转而研究工程学。1807年，他使自己的“克莱蒙号”汽船在哈得孙河下水。这艘船配备着一台驱动明轮的瓦特式蒸汽机，它溯哈得孙河面上，行驶150英里，抵达奥尔巴尼。其他发明者也以富尔顿为榜样，其中著名的有格拉斯哥的亨利·贝尔，他在克莱德河两岸为苏格兰的造船业打下了基础。早期的汽船仅用于江河和沿海的航行，但是，1833年，“皇家威廉号”汽船从新斯科舍行驶到英国。5年后，“天狼星号”和“大西方号” 汽船分别以16天半和13天半的时间朝相反方向越过大西洋，行驶时间为最快的帆船所需时间的一半左右。1840年，塞缪·肯纳德建立了一条横越大西洋的定期航运线，预先宣布轮船到达和出发的日期。肯纳德宣扬他的航线是已经取代“与帆船时代不可分离、令人恼火的不规则”的一条“海洋铁路”。到1850年，汽船已在运送旅客和邮件方面胜过帆船，并开始成功争夺货运。

第二次工业革命

19世纪下半叶--20世纪初（人类开始进入电气时代，并在信息革命、资讯革命中达到顶峰）

第二次工业革命

　　18世纪后期开始的工业革命已稳步地、不懈地继续到现在。因此，将其发展过程划分为不同的时期，实质上是武断的。然而，若把1870年看作一个过渡日期，还是可以作一划分。正是在1870年前后，出现了两个重要的发展——科学开始大大地影响工业，大量生产的技术得到了改善和应用。

 　　我们在前章中曾提到，科学开始时对工业没什么影响。我们迄今所握到的纺织工业、采矿工业、冶金工业和运输业方面的种种发明，极少是由科学家们作出的。相反，它们多半是由响应非凡的经济刺激的、有才能的技工完成的。不过，1870年以后，科学开始起了更加重要的作用。渐渐地，它成为所有大工业生产的一个组成部分。工业研究的实验室装备着昂贵的仪器、配备着对指定问题进行系统研究的训练有素的科学家，它们取代了孤独的发明者的阁楼和作坊。早先，发明是个人对机会作出响应的结果，而如今，发明是事先安排好的，实际上是定制的。沃尔特·李普曼已恰当地将这种新形势描述如下：

 　　从最早的时代起，就有机器给发明出来，它们极为重要，如轮子，如帆船，如风车和水车。但是，在近代，人们已发明了作出发明的方法，人们已发现了作出发现的方法。机械的进步不存是碰巧的、偶然的，而成为有系统的、渐增的。我们知道，我们将制造出越来越完善的机器；这一点，是以前的人们所未曾认识到的。

 　　1870年以后，所有工业都受到科学的影响。例如，在冶金术方面，许多工艺方法（贝塞麦炼钢法、西门子－马丁炼钢法和吉尔克里斯特－托马斯炼钢法）给发明出来，使有可能从低品位的铁矿中大量地炼出高级钢。由于利用了电并发明了主要使用石油和汽油的内燃机，动力工业被彻底改革。通讯联络也因无线电的发明而得到改造。1896，古利埃尔莫·马可尼发明了一台不用导线就能发射和接收信息的机器，不过，他的成果是以苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦和德国物理学家亨利希·赫兹的研究为基础的。石油工业迅速发展，因为地质学家和化学家做了大量工作；地质学家以非凡的准确性探出油田，化学家发明了从原油中提炼出石脑油、汽油、煤油和轻、重润滑油的种种方法。科学对工业的影响的最惊人的例子之一可见于煤衍生物方面。煤除了提供焦炭和供照明用的宝贵的煤气外，还给予一种液体即煤焦油。化学家在这种物质中发现了真正的宝物——种种衍生物，其中包括数百种染料和大量的其他副产品如阿司匹林、冬青油、糖精、消毒剂、轻泻剂、香水、摄影用的化学制品、烈性炸药及香橙花精等。

 　　工业革命的第二阶段也以大量生产的技术的发展为特点。美国在这一方面领先，就象德国在科学领域中领先一样。美国拥有的某些明显的有利条件可说明它在大量生产方面居首位的原因：巨大的原料宝库；土著和欧洲人的充分的资本供应；廉价的移民劳动力的不断流入；大陆规模的巨大的国内市场、迅速增长的人口以及不断提高的生活标准。

 　　大量生产的两种主要方法是在美国发展起来的。一种方法是制造标准的、可互换的零件，然后以最少量的手工劳动把这些零件装配成完整的单位。美国发明家伊莱·惠特尼就是在19世纪开始时用这种方法为政府大量制造滑膛枪。他的工厂因建立在这一新原理的基础上，引起了广泛的注意，受到了许多旅行者的访问。其中有位访问者对惠特尼的这种革命性技术的基本特点作了恰当的描述：“他为滑膛枪的每个零件都制作了一个模子；据说，这些模子被加工得非常精确，以致任何滑膛枪的每个零件都可适用于其他任何滑膛枪。”在惠特尼之后的数十年间，机器被制造得愈来愈精确，因此，有可能生产出不是几乎相同而是完全一样的零件。第二种方法出现于20世纪初，是设计出“流水线”。亨利·福特因为发明了能将汽车零件运送到装配工人所需要的地点的环形传送带，获得了名声和大量财产。有人对这种传送带方式的发展作了如下生动的描绘：

 　　制作传送带的想法是从芝加哥的罐头食品工人那里得来的，他们利用一台空中吊车沿着一排屠夫吊运菜牛躯体。福特先是在装配发动机上的小部件和飞轮磁电机时，然后又在装配发动机本身和汽车底盘时，尝试了这一想法。

 　　一天，一个汽车底盘给缚在一根钢索上，当绞盘将钢索拖过工厂时，6名工人沿钢索进行了一次长250英尺的历史性旅行；他们边走边拾起沿途的零件，用螺栓使它们在汽车底盘上固定就位。实验做完了，但产生一个困难。上帝造人不象福特制造活塞环那祥精确。装配线对个子矮小的人来说，太高，对身材高大的人来说，太低，结果是劳而无功。

 　　于是，进行更多的实验。先升高装配线，接着又降低装配线，然后试行两条装配线以适合高矮不同的人；先增加装配线的运行速度，再减低装配线的运行速度，然后做各种试验以确定一条装配线上需安置多少人、每道工序应相隔多远、是否要让上螺栓的人再上螺帽、使原先上螺帽的人有时间将螺帽上紧。终于，为每个汽车底盘上的装配而规定的时间从18小时28分钟缩短到1小时33分钟，世界有可能得到新的、大量的T型汽车；随着工人成为其机器上的更为有效的轮齿，大量生产进入了一个新阶段。

 　　然后，借助于先进的机械设备，对大堆大堆的原料的处理作了改善。大量生产的这种方法也是在美国得到改善的，其最好的例子见于钢铁工业。以下这段对制造铁路钢轨的过程的描述，说明了这种方法：

 　　钢铁工业在一个巨大的地区范围里发展了这种……连续生产……。铁矿石来源于梅萨比岭。蒸汽铲把铁矿石舀进火车车厢；车厢被拖运到德卢斯或苏必利尔，然后进入某些凹地上方的码头，当车厢的底部向外翻转时，车厢内的铁矿石便卸入凹地；滑运道使铁矿石从凹地进入运矿船的货舱。在伊利湖港，这矿船由自动装置卸货，矿石又被装入火车车厢；在匹兹堡，这些车厢由自动两卸车卸货，倾卸车把车厢转到自己的边上，使矿石瀑布似地落入箱子；上料车把焦炭、石灰石和这些箱子里的矿石一起运至高炉顶部，将它们倒入炉内。于是，高炉开始生产。从高炉里，铁水包车把仍然火热的生铁转移到混轶炉，然后再转移到平炉。就这样，实现了燃料的节约。接着，平炉开始出钢，钢水流入巨大的钢水包，从那里，再流入放在平板车上的铸模，一辆机车把平板车推到若干凹坑处，除去铸模后赤裸裸地留下的钢锭就放在这些凹坑里保温，直到扎制时。传送机把钢锭运到轧机处，自动平台不时地升降，在轧制设备之间来回地抛出所需形状的钢轨。由此产生的钢轨具有极好的形状，如果有少许偏差，就会被抛弃。电动起重机、钢水包、传送机、自动倾卸车、卸料机和装料机使从矿井中的铁矿石到钢轨的生产威为一件不可思议地自动的、生气勃勃的事情。

 　 伴随着两次工业革命，蒸汽技术也就应运而生。一直到现在蒸汽技术都在各行各业都有所涉及，并对人们生活极其重要。

水蒸气大事记

2002年大岛克仁利用水蒸汽处理装置进行了过热水蒸气条件下柳杉试件的力学特性的研究。

1999年李杰等研究了脉冲放电等离子体中水蒸汽活化作用。

但在1999年8月1日该探测器撞击一个陨石坑时,在飞溅物中并未发现有水蒸汽存在。

1998年4月,鞍山焦化耐火材料设计研究总院为江西景德镇焦化煤气总厂设计的工业燃气生产装置,选用了该项技术,以义马长焰煤为原料,以空气、水蒸汽为气化剂,生产工业燃气,单炉制气能力,已于2001年2月投入使用。

1997年该工作组提出了工业用水和水蒸汽热力性质计算公式。

王良恩等于1997年分别对福州市塑料橡胶厂和福建省三丰鞋业有限公司运动鞋车间的三苯废气进行治理，采用了活性炭吸附—水蒸汽脱附—工业水冷凝的组合技术。

1997年1月,利用烧结厂停产的间隙,上了一套重力喷淋除尘器,利用含水蒸汽烟气与大气的密度差,不需任何外用动力,靠自然抽风进行工作。

铝板顺水搭缝处涂玻璃胶密封后铝板既起着保护作用，又起防潮层作用，但在实际施工中由于搭缝多，涂胶密封这项工作大都疏忽做得不好，外界空气中的水蒸汽易渗入聚氨酯孔隙中热胀冷缩造成破坏，因此我们在1995年新建12只大罐的续建工程保温中特别注意做好这项工作。

欧空局在1991年发射的欧洲遥感卫星，装载有两波段的微波辐射计，用来复原大气中总的水蒸汽含量，解译海洋表面温度受大气的影响，开始了星载微波辐射计的研究工作等等。

欧空局在1991年发射的欧洲遥感卫星，装载有两波段的微波辐射计，用来复原大气中总的水蒸汽含量，解译海洋表面温度受大气的影响。

1990年国际水和水蒸汽性质学会IAPWS成立了一个由多个国家的科学家组成的工作组，研究新的计算公式。

金陵石化公司炼油厂发明的“不用水蒸汽的大气式热力除氧方法”于1986年3月12日向中国专利局申请了发明专利，经过将近五年的审查，中国专利局于1990年12月12日授予发明专利权。

在1984年安全月中查出的18条重大隐患,已整改了10条,象山冶金机械厂铸造车间厂房原设计起重荷载为8吨,但经常超负荷作业,造成屋面多处裂缝;水爆房钢屋架受水蒸汽和煤气侵蚀,焊缝腐蚀严重,水泥挂条外面已剥落。

1982年11月中旬,工作面上隅角再次出现达37℃的高温,同时有水蒸汽和“挂汗”现象,煤炭自燃征兆已相当明显。

这意味着无需加防水涂层就足以挡住风和雨滴，但对人体散发的水蒸汽而言，又足以使之逸散出去，即具有能“呼吸”透湿防风雨性能，如1981年钟纺公司开发的Savina DP超高密防水织物。

后来,于1975年和1977年由国际水蒸汽性质协会(IAPS)先后公布了经过鉴定的粘度和导热系数的最新测试数据表。

1972年2月电解槽预试途中因槽盖在90℃湿氯气及盐水蒸汽侵袭下,使用不到几小时就鼓泡整块脱落,槽底因水泥养护质量差裂纹多,盐水渗透,阳极头接缝处及底边周围漏出盐水,与此同时沥青被软化成菌状渗出槽底表面。

1972年进行了硫化料矿浓密机的各种覆盖层在温度为80℃的含有硫化氢、水蒸汽介质中的耐腐蚀试验研究。

自1972年英国的APV公司和托里（Torry）研究所联合研制的第一台生产型真空水蒸汽解冻装置问世后，这种解冻方法就进入了实用阶段，并在冻品解冻工艺中发挥了重要作用。

1971年该厂在一个按两个阶段减轻臭 蒸浓器的效果气、飞灰和水蒸汽逸出的方案中,在470吨/ 最先使用PFR蒸浓器的工厂之一是设日回收炉系统用一台PFR蒸浓器代替直接在美国蒙大拿州的Hoerner Waldorf公司的接触蒸发器,并同时安装了一台省煤器、静工厂。

我国自行研究开发的水蒸汽脱附固定床分子筛脱蜡技术，已有二十多年的历史，1969年至今先后在南京、燕化炼、大庆炼厂、荆门炼厂和林源炼厂建成五套用于生产轻液蜡或重液蜡的生产装置。

锅炉热力计算方案多数参考日方白皮书，汽机按简化热力试验（水电部规范）进行，公式参考日方白皮书，水和水蒸汽状态方程用1968IFC公式。

设备于1967年投入生产,操作介质为焦碳、渣油、油气和水蒸汽等。

为了适应上述变化，我们基于国际公式化委员会提出的“工业用1967年IFC公式，编制通用的水和水蒸汽热力性质计算软件，实现水和水蒸汽热力性质的计算机通用求解。

在编制水和水蒸汽热力性质计算通用程序时，主要依照工业用1967年IFC公式，对其中某些不准确区域采用了苏联热工研究所拟合的公式，且对公式中个别系数做小幅度修改。

IFC公式是由国际公式化委员会（IFC）于1967年提出来的，目前采用的水蒸汽性质图、表就是以IFC公式为基础的。

水和水蒸汽性质表采用1967年IWi公式。

计算范围为第六届国际水蒸汽性质会议的国际公式化委员会（IFC）拟定的“工业用1967年IFC公式”规定的整个区域。

水和水蒸汽表计算程序采用当前国际公认的“工业用1967年IFC公式”作为计算依据，能够计算水和水蒸汽的饱和温度、饱和压力、焓h、熵s、比容v、火用e。

以Baker的流动图为基础，1961年，Goldman得到了绝热的水蒸汽一水二相流的流动图，使二相流研究进入汽—液二相流研究阶段。

1960年武大周嫦、杨弘适两先生采用普通热水瓶中保存的温热水蒸汽来处理稽穗,达到催花毅雄的目的。

某厂在1956年新建一座尾气吸收塔,投产后,茫茫一股白烟从尾气烟囱冒出,当时对其不够了解,孰为尾气吸收塔用氨水循环吸收,必定有水蒸汽产生,自烟就是水蒸汽是不可避免的。

自1954年到现在短短几年中就连续举行了两次国际性会议来专门讨论水和水蒸汽的性质。

1954年起,由于及气层核试验,使大气层水蒸汽和雨水中的氮浓度逐步增加。

1941年德国Harteck和美国urey等人提出用水蒸汽和氢交换生产重水,不久在挪威建成世界上第一座氢一水同位素交换法重水生产工厂协。

1929年日本宫田等发明了铝阳极氧化膜水蒸汽封孔法，1931年欧洲出现了沸水和重铬酸钾溶液封闭法，至此为铝阳极化工业化奠定了实用技术基础。

1904年德国人莫利哀提出水蒸汽的焓熵图。

1895年初，威尔逊采用爱特肯(J．Aitken)创造的方法：爱特肯早在1880年就发现，火焰升起的气体，可以引起饱和气体中水蒸汽沉积，爱特肯把能让水蒸汽自行凝结的装置称之为“记尘计”

1705年英国的铁匠纽可门制成了第一台矿井抽水蒸汽机。