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與AG真人国际厅网站通常所知的不同,技術的發明不是發明者一個人的工作,而是在漫長的歷史中,是一大批人不斷努力的結果,是一大堆人不斷積累和進化的結果。技術數量。

作為生產這些產品的一種生產方法——一種以高質量、低成本和短周期組織生產的方法,它也在解決大大小小的各種問題方面不斷發展,形成了今天的樣子。理解技術生產方式的演進邏輯是:有利于ag真人国际厅网址更好地趕超,有利于正確有序地推進精益生產。

蒸汽機的歷史

微信公眾號【行星研究院】發布了一段紀念中國最后一列蒸汽機車(新疆三道嶺煤礦)下線的視頻。

微信截圖來自公眾號“行星研究院”

如果不是這段視頻,很難想象在新能源汽車滿大街跑,汽油(氣)車即將被替代的今天,蒸汽機的生命力還有多么頑強。

“蒸汽機的歷史意義再怎么夸大也不為過”,這是《世界通史》的作者LS 對蒸汽機的評價。

要正確認識蒸汽機的歷史意義,首先要回顧一下蒸汽機前后人類歷史的發展。《文明測量》的作者伊恩·莫里斯教授及其團隊根據社會吸收和使用的能源量,估算出公元前14000年至公元2000年的社會發展指數如下圖所示。

東西方社會發展指數(公元前 14000 年 - 公元 2000 年)- 來源:Ian , 2010

從圖中可以看出,工業革命前后(瓦特的專利蒸汽機于1769年獲得專利),社會發展指數相差很大。

工業革命前,無論是西方國家(藍線)還是東方國家(紅線),前紀元歷史上的社會發展都極為緩慢,在公元前500年(戰國時期)有一段比較快速的發展時期),然后再一次。陷入了幾個世紀的停滯(或波動)。

在近年走在世界前列的中國,康熙五十一年(1712年),皇帝下詔:“養人,不加賦”,是康干歷史上難得的盛世。然而,根據牛津大學布拉德伯里教授( )、北京大學關漢輝教授、清華大學李稻葵教授等“科技與文明”估算的學者的估算,中國的人均GDP在明朝甚至出現了下降。和清朝。. 也就是說,在近年文明古國積累了2000多年成果的明清兩代,中國的人力產出效率在544年的發展中并沒有提高。

整個世界也是如此。

原因在于,在這漫長的歷史中,人類的生產力嚴重依賴手,而社會總GDP也與人數密切相關,上帝需要美麗。如果發生戰爭或自然災害,它將嚴重下降。

自從人類馴服了馬、牛和其他動物后,生產力有了顯著提高。馬的重量和拉力大約是人類的4到5倍。這個增幅看似不小,但如果投入數千年的發展,這個增幅是非常微弱的。況且牛馬的蓄電還受人力(喂食)的限制,利用程度也要看手。同時,牛馬是重要的戰略物資,飼養成本很高,平民(無人吃)的比例也不高。

蒸汽機不一樣。蒸汽機突破了社會發展的關鍵瓶頸,大大減少了對人手和自然條件的限制,特別是在:

1、推挽效率成倍增長

為了判斷蒸汽機的效率,瓦特曾經測量過一匹馬的工作效率,并將蒸汽機的工作效率換算成馬的數量,這就是今天仍在使用的馬力單位。

1712年,紐科門蒸汽機的效率已經達到50馬力,相當于50匹馬的效率。瓦特改進后,增加了3倍。從人類幾千年的歷史來看,這是相當驚人的。.

2、蒸汽機突破時空限制

蒸汽機突破了時間和空間的限制,這一突破意義重大。除了積蓄力量,古人早就學會了利用大自然的力量,比如利用風的帆船,但利用風的前提是“風”,風向也很重要。三國時代赤壁之戰,周瑜放火燒曹營,意味著他擁有一切,只需要東風,還要麻煩諸葛亮求風,這是有限的。借助流水的水車也是有限制的,不僅受限于河水的流量,還受限于汛期,旱季無路可借。

尤其是人和倉庫需要休息,而蒸汽機則不需要,大大提高了一天24小時的利用率。在煤氣燈和電燈發明之后,出現了“夜班”這個詞。

蒸汽機不僅大大提高了效率,而且提高了以機器制造機器的效率,帶來了技術的蝴蝶效應,創造了社會發展的指數級增長。

技術突破是大量技術積累的結果,是不斷演進的結果

看到燒開水的水壺的蓋子不斷被蒸汽頂起,他不斷思考,發明了蒸汽機的故事,這是一個極簡版的事實。

重大技術進步不是一個人瞬間靈感的突然實現,而是一大批人的不斷追求,技術的不斷積累,關鍵瓶頸的最終突破。它是漸進式和漸進式發展的結果。進化的結果,迭代更新。

蒸汽機的發明和應用就是這樣演變的,ag真人国际厅网址將在下面討論的生產方式的變化也在開發過程中演變美國AG真人国际厅网站閥門,從手工進化到大規模生產,再到精益生產。

實現蒸汽的力量

瓦特并不是唯一一個意識到蒸汽的力量的人。早在公元一世紀(漢朝王莽篡位,也是孫悟空被五行山鎮壓時),古埃及托勒密王朝時期的亞歷山大英雄就記載了蒸汽轉移。Ball,這是歷史上最早實現蒸汽動力的記錄。

1851年版英雄的《氣動》中的旋轉球和寺廟大門自動打開等裝置的插圖,取自《科技與文明》

這條記錄是赫羅的《氣動》一書中描述的 78 種機械裝置之一。旋轉球不是唯一的蒸汽裝置,甚至不是最好的蒸汽裝置,有多種裝置利用蒸汽來推動機械運動,例如轉動神像、自動打開或關閉的寺廟門。

可見當時的人(顯然不只是寫書的白)并不是簡單地意識到蒸汽的力量,而是在一定程度上掌握了蒸汽的原理并廣泛應用。僅受技術條件限制,在隨后的 1600 年里,蒸汽的應用并沒有太大的發展。而一些技術問題,如缺乏相應的冶金技術來制造氣密性好的裝置,導致氣體泄漏和動力不足,以及無法準確控制蒸汽壓力,導致爆炸事故等,被瓦特小的時候沒有解決。

壓力鍋的發明:活塞和杠桿控制氣壓技術

1679年,法國物理學家丹尼斯·帕潘(Denis Papin)為了躲避教會的迫害而遠赴英國,發明了壓力鍋,利用杠桿式安全閥來控制氣壓,解決了高壓鍋和爆炸的問題。蒸汽裝置。鍋里燉的肉也特別好吃。據說,已經是英國皇家科學院院士的他,也在現場為學術帶頭人做了一道菜。

他還根據安全閥的工作原理制作了氣缸和活塞裝置,完成了蒸汽機的基本結構原理,但沒有成功應用。盡管如此,丹尼斯·帕平設計的活塞和杠桿式安全閥控制了氣壓。非常鼓舞人心。

Denis Papin 研究蒸汽機的目的是什么?礦井抽水。

現代蒸汽機的原型:塞維利亞蒸汽泵

掌握技術不同于應用實施。掌握蒸汽機技術,可用于設計蒸汽旋轉球、旋轉佛像、自動開閉寺門等,還可用作高壓鍋,還可用于礦井抽水。改進后的蒸汽機首次用于礦井抽水,并非出于偶然,而是出于需求。

行業領先的英國很早就發現了煤炭并大量應用,因此煤炭開采和采礦早已成為英國的重要產業。但由于開采技術有限,只能開采地表煤。工業革命時期,地表煤層已經枯竭,深部開采必須解決一個關鍵問題:透水性。礦井滲水不僅會導致嚴重的人員傷亡,還會使礦井無法使用。

很多礦主采用的方法是用馬拉水桶提水。但是,成本非常高,而且越來越不經濟。許多地雷只能廢棄。那些挖出來的煤或礦石是錢,是在水里,但沒什么可做的。這是非常令人心碎的。

就像今天各行各業都在討論的人工成本高,用自動化設備代替人工一樣,礦井抽水成本高,解決這些問題是行業的迫切需求。

第一個應用的解決方案是居住在礦區的英國工程師 的實現。

1698年AG真人官方网址閥門,托馬斯·塞維利亞的蒸汽機獲得專利。這種蒸汽機的特點是它沒有汽缸,也沒有活塞,而是有兩個鍋爐,一大一小,只有2/3的水加到較大的一側。加熱煮沸后,當水蒸氣充滿時,它移動手柄將其引至另一個氣室,然后塞住旋塞閥。這時,向氣室中加入冷水,其中的水蒸氣立即凝結形成真空,使氣筒下方的地下水自然排出。拉起。

兩個鍋爐可以交替使用,做同樣的工作。當大鍋內的水量減少時,小邊加熱,里面的沸水靠蒸汽的壓力通過給水管補給大鍋。

這種蒸汽機立即安裝在因排水問題而遭受破壞的康沃爾礦區。確實進步不少。

蒸汽機技術的演進:紐科門蒸汽機的發明

塞維蒸汽泵雖已應用,但故障較多,蒸汽壓力過大引起爆炸事故時有發生,未普及。

根據《瓦特發明蒸汽機的故事》一書,托馬斯·塞弗利經常請達穆斯鎮一家鋼鐵廠的工人紐科門幫助他制造蒸汽機。因此,鐵匠紐科門也在思考如何設計蒸汽機,以更好地解決礦山排水問題。

紐科門還在他家的院子里做了一個模型做實驗,遇到不懂的問題,他就去當地的大學請教瓦克博士。在一次咨詢中,紐科門受到啟發,決定重建一臺蒸汽機。

1712年,紐科門獲得了蒸汽機的專利,被稱為紐科門發動機。

紐科門示意圖

紐科門發動機將抽水機構和提供動力的蒸汽機完全分開,控制氣閥上的開關。蒸汽充滿后,關閉進氣閥,噴水使蒸汽冷凝。蒸汽冷凝產生負壓驅動活塞向下運動。,完成工作。

這是一個劃時代的進步。紐科門一分鐘只轉十圈,卻可以在一分鐘內將550升水提升到46.7米的高度。僅這些工作就需要 50 匹馬。

在隨后的 60 年里,紐科門機在大量煤礦中得到應用,尤其是在 1733 年專利到期后,它迅速傳播到整個英國。

蒸汽機技術的演進:瓦特改進型蒸汽機

瓦數特別好。畢業后,他沒有選擇工廠當學徒。征得父親同意后,他到倫敦、格拉斯哥等城市找一家修理和設計數學測量儀器、天文儀器等儀器的商店當學徒。他學得很快,并且有很好的維修技能。離開學徒期后,他在格拉斯哥大學找到了一份儀器維護工作。

有理由相信,蒸汽機技術不僅得到了廣泛的應用,而且還被大學中的大量專業人士所研究。瓦特工作的格拉斯哥大學有一臺小型紐科門蒸汽機模型。瓦特聽說后,去找負責模型的布萊克教授,將故障的模型機借給了他。

修理這種模型是瓦特的專長,他不僅修理模型,還研究它的設計。他做了一個帶刻度的蒸汽缸,用這個計算了一定量的水產生的蒸汽量,確定標準大氣壓下的蒸汽量大約是水的1800倍,今天仍然很高. 精確的。

他發現這個設計有一個嚴重的缺陷,3/4的汽包在汽包升溫的過程中被浪費掉了。生產功率很低,煤耗很高,影響了新可門機的推廣,只有煤礦才能負擔得起煤耗成本。

經過五年的試驗,1769 年,瓦特設計并申請了改進型蒸汽機的專利,但并未立即應用。制造一臺可以使用的蒸汽機既需要資金,也需要相應的技術(冶金、金屬加工等)來解決復雜礦山場景實際應用中的問題。

六年后,瓦特重新找到了投資人博爾頓,并贏得了英國最早的兩個鐵匠家族之一的威爾金森的加盟。

威爾金森精通鐵藝,他被授予發明新型鏜床的權利。他為瓦特做了一個合適的鐵缸,并在隨后的幾次實驗中美國ag真人官网平台閥門,幫助瓦特解決了一些重要的技術問題。

1776 年 3 月 8 日,瓦特和博爾頓的蒸汽架在布倫油田設置了公開實驗,非常成功,參觀現場的礦主和專業人士都驚呆了。

瓦特蒸汽機的主要改進:氣壓功到蒸汽功

瓦特蒸汽機不是一蹴而就的。從設計成功(獲得專利)到首次申請,再到成熟后的大規模推廣,也經歷了很多改進,其中一些是非常關鍵的。

(1),帶獨立冷凝器的蒸汽機

瓦特蒸汽機自 1776 年首次應用以來一直在改進,第一個關鍵改進是帶有獨立冷凝器的蒸汽機。這種改進不僅節省了蒸汽利用率,而且增加了每次往復運動的工作量。根據瓦特的計算,效率提高了三倍以上。

在工作原理上還有一個本質的改進:塞維利亞蒸汽泵和紐科門蒸汽機不是靠蒸汽(膨脹)壓力工作,而是靠冷凝過程的負壓(大氣壓)工作。在這種情況下,壓力是有限的(標準大氣壓)。瓦特將工作原理由蒸汽冷凝產生的負壓(氣壓)功改進為蒸汽推力功。當做蒸汽推力功時,隨著近缸強度、氣密等技術的提高,隨著技術的進步,壓力會明顯超過標準大氣壓。還可以持續改進,為后續工作中不斷提高工作效率奠定基礎。

將工作效率提高到煤炭開采以外的其他行業也能承擔煤炭消耗成本的水平,是瓦特蒸汽機迅速普及的重要原因之一。

(2),發明曲軸(后來改成齒輪)

曲軸和后來設計的稱為太陽和行星的齒輪將活塞的往復運動轉換為單向運動——旋轉。

蒸汽機曲軸示意圖

這一改進,極大地擴大了蒸汽機的使用范圍。

(3),設計了一種帶雙向裝置的新型氣缸,將一餐一餐的產量提升為連續產量。

1782年,瓦特試制了一種帶有雙向裝置的新型氣缸。至此,紐科門的往復作功方法得到了徹底的改進:單向連續輸出旋轉,通用發動機原型的基本改進完成。.

雙向汽缸齒輪結構蒸汽機

很快,發動機的應用擴展到各行各業,尤其為鐵路、汽車、輪船等交通發動機的進化鋪平了道路。

瓦特關鍵改進(3):其他持續改進

1784 年,瓦特獲得了他的第四項專利,發明了紐科門蒸汽機閥門公司,該蒸汽機將高壓蒸汽機與飛輪、齒輪聯動裝置和雙向裝置進行了綜合組裝。

1788年,瓦特發明了離心調速器和節流閥。

1790年,他發明了圓柱指示器...

從此安全閥工作原理,瓦特為世界的發展安裝了引擎。

概括

可見,從蒸汽動力的實現,到這種動力的驗證(蒸汽球),再到應用(廟門自動開閉),再到蒸汽泵的發明,最后到萬能瓦特蒸汽機的發明。在 1600 多年的漫長過程中,無數人,如鐵匠、礦工、冶金/機械工程師、物理學家等,做出了大大小小的改進。

例如,塞維利亞蒸汽泵最初是手動打開和關閉空氣閥。一位礦工用一根繩子將氣閥連接到同步運動的機械桿上,這啟發了塞維利亞自動打開和關閉氣閥。

改進的過程既包括小范圍的討論,也包括大規模推廣后的相互學習。它不斷適應業務場景的需求,迭代升級,直到發展成今天的樣子,并不斷發展以滿足未來的需求。

就像新冠疫情的大規模爆發,會有大量的人參與到檢測、疫苗和藥物的研發中,作為當時(今天仍然如此)的重要產業,抽礦是一個極為緊迫的任務。當時需要,大量的人參與改進是必然的。最早使用的蒸汽機( 蒸汽泵)效率低江蘇閥門廠家,煤耗極高。只有煤礦才能買得起,它最早用于煤礦也并非偶然。充足的需求意味著成功的好處是可觀的。技術在迭代升級過程中不斷創造效益。技術的迭代升級讓蒸汽機適應的范圍更廣,

從這個角度來看,蒸汽機的發明絕對不是偶然的,不僅僅是蒸汽機,蒸汽機到蒸汽機車、蒸汽輪船、蒸汽機火車等安全閥工作原理,還有技術的演進內燃機、汽油機和汽車。

特別是作為生產這些產品的生產方式——以高質量、低成本、短周期組織生產的方式,在解決大大小小的各種問題方面也不斷進化,形成了今天的樣子,尤其是當一些公司找到更好的方法時,比如豐田找到了豐田生產系統。

就像AG真人国际厅网站沒有趕上芯片技術一樣,ag真人国际厅网址在生產方式的演進上也沒有趕上領先的公司。ag真人官网平台需要了解生產方式的演進,尤其是如何從大規模生產進化到豐田的精益生產方式。推進你自己的進化過程很重要。

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