蒸气(气体)

芬兰诺基亚 — Sun, 27 Nov 2022 05:57:40 +0000

蒸气是物质受热受压后由液态变为气态的形式。通俗点说蒸气就是液体（液态物质）蒸发或沸腾后所产生（成为）的气体（气态物质）。

定义

蒸气是物质受热受压后由液态变为气态的形式。通俗点说蒸气就是液体（液态物质）蒸发或沸腾后所产生（成为）的气体（气态物质）。例如：湿衣服上的水以蒸发的方式变成气态。

蒸发是在液体是在液体表面上进行的汽化现象，它在任何温度下都能发生，蒸发过程中需要吸热。

液体表面积越大，蒸发越快；液体温度越高，蒸发越快；液体表面附近空气流动越快，蒸发越快；随着对水的加热，水的温度不断升高。达到某一温度时，水开始沸腾，此后虽然对水加热，但水温不再升高。

蒸汽应用

有水蒸汽、蒸汽机、蒸汽锅炉、蒸汽火车、蒸汽清洗机、蒸汽消毒柜等等。

区别介绍

水蒸气是一种气态的水，无色。

水蒸气的形成

当水的温度超过100摄氏度时（或说超过沸点时），水分子因为吸收了足够大的内能，从而使其转换成脱离分子束缚的斥力，分子之间的距离开始变大，水便从液态转变为气态水。这种气态水中不含有任何其他物质，是理论上的蒸馏水（空气中含有杂质）也称水蒸气。

当水在沸点以下时，水也可以缓慢地蒸发成水汽。

水蒸气与水

当被100摄氏度的水或100摄氏度的水蒸气烫伤时，被后者烫伤更为严重。因为后者形成时比前者吸的热更多，即使温度不变水蒸气形成雨。

科学地应说，水在常温下，会慢慢地变为水蒸气飞散到空中，这种现象就叫蒸发。地上的水变成了水蒸气，这些水蒸气在天上形成了白云；如果水蒸气凝结成较大的水滴，水滴就会落下来形成雨。

水蒸气与白气

大量水蒸气在空气中凝结时，常呈现一团“白气”状，“白气”常被误认为水蒸气。使沸腾的水变成的水蒸气在空气中受冷，便可通过比较“白气”和水蒸气的颜色、形态、发生部位的不同，可以知道“白气”不是水蒸气，而是水蒸气凝结成的小水滴飘浮在空气中。

水蒸气与水蒸汽

水蒸气：指特定空间的水全部以气相形态的形式存在，当然这必须满足一定的物理条件。

水蒸汽：指特定空间的水存在形态是气-液二相，其中液相可以是“雾”状分散形式存在，也可以是大量液滴聚集形式存在，当然这也必须满足一定的物理条件。在实际应用中，接触到的大多数指的是“水蒸汽”。

汽：1.液体或某些具体受热而变成的气体，例如水变成的水蒸气；2.特指水蒸气：汽机、汽船。

蒸汽机历史

蒸汽机的出现曾引起了18世纪的工业革命。直到20世纪初，它仍然是世界上最重要的原动机，后来才逐渐让位于内燃机和汽轮机等。

16世纪末到17世纪后期，英国的采矿业，特别是煤矿，已发展到相当的规模，单靠人力、畜力已难以满足排除矿井地下水的要求，而现场又有丰富而廉价的煤作为燃料。现实的需要促使许多人，如英国的帕潘、萨弗里、纽科门等就致力于“以火力提水”的探索和试验。

萨弗里制成的世界上第一台实用的蒸汽提水机，在1698年取得标名为“矿工之友”的英国专利。他将一个蛋形容器先充满蒸汽，然后关闭进汽阀，在容器外喷淋冷水使容器内蒸汽冷凝而形成真空。打开进水阀，矿井底的水受大气压力作用经进水管吸入容器中；关闭进水阀，重开进汽阀，靠蒸汽压力将容器中的水经排水阀压出。待容器中的水被排空而充满蒸汽时，关闭进汽阀和排水阀，重新喷水使蒸汽冷凝。如此反复循环，用两个蛋形容器交替工作，可连续排水。

萨弗里的提水机依靠真空的吸力汲水，汲水深度不能超过六米。为了从几十米深的矿井汲水，须将提水机装在矿井深处，用较高的蒸汽压力才能将水压到地面上，这在当时无疑是困难而又危险的。

纽科门及其助手卡利在1705年发明了大气式蒸汽机，用以驱动独立的提水泵，被称为纽科门大气式蒸汽机。这种蒸汽机先在英国，后来在欧洲大陆得到迅速推广，它的改型产品直到19世纪初还在制造。纽科门大气式蒸汽机的热效率很低，这主要是由于蒸汽进入汽缸时，在刚被水冷却过的汽缸壁上冷凝而损失掉大量热量，只在煤价低廉的产煤区才得到推广。

英国

1764年，英国的仪器修理工瓦特为格拉斯哥大学修理纽科门蒸汽机模型时，注意到了这一缺点，并于1765年发明了设有与汽缸壁分开的凝汽器的蒸汽机，并于1769年取得了英国的专利。初期的瓦特蒸汽机仍用平衡杠杆和拉杆机构来驱动提水泵，为了从凝汽器中抽除凝结水和空气，瓦特装设了抽气泵。他还在汽缸外壁加装夹层，用蒸汽加热汽缸壁，以减少冷凝损失。

瓦特

1782年前后，瓦特将机器进一步改进，完成了两项重要发明：在活寒工作行程的中途，关闭进汽阀，使蒸汽膨胀作功以提高热效率；使蒸汽在活塞两面都作功(双作用式)，以提高输出功率。这时的活塞既要向下拉动杠杆又要向上推动杠杆，扇形平衡杠杆和拉链已不再适用，瓦特使发明了平行四边形机构。瓦特还于18世纪末将曲柄连杆机构用在蒸汽机上。

瓦特的创造性工作使蒸汽机迅速地发展，他使原来只能提水的机械，成为了可以普遍应用的蒸汽机，并使蒸汽机的热效率成倍提高，煤耗大大下降。因此瓦特是蒸汽机最主要的发明人。

自18世纪晚期起，蒸汽机不仅在采矿业中得到广泛应用，在冶炼、纺织、机器制造等行业中也都获得迅速推广。它使英国的纺织品产量在20多年内(从1766年到1789年)增长了5倍，为市场提供了大量消费商品，加速了资金的积累，并对运输业提出了迫切要求。

克莱蒙脱

在船舶上采用蒸汽机作为推进动力的实验始于1776年,经过不断改进，至1807年，美国的富尔顿制成了第一艘实用的明轮推进的蒸汽机船“克莱蒙脱”号。此后，蒸汽机在船舶上作为推进动力历百余年之久。

特里维西克

1801年，英国的特里维西克提出了可移动的蒸汽机的概念，1803年，这种利用轨道的可移动蒸汽机首先在煤矿区出现，这就是机车的雏型。英国的斯蒂芬森将机车不断改进，于1829年创造了“火箭”号蒸汽机车，该机车拖带一节载有30位乘客的车厢，时速达46公里/时，引起了各国的重视，开创了铁路时代。

19世纪末，随着电力应用的兴起，蒸汽机曾一度作为电站中的主要动力机械。1900年，美国纽约曾有单机功率达五兆瓦的蒸汽机电站。

蒸汽机的发展在20世纪初达到了顶峰。它具有恒扭矩、可变速、可逆转、运行可靠、制造和维修方便等优点，因此曾被广泛用于电站、工厂、机车和船舶等各个领域中，特别在军舰上成了当时唯一的原动机。

结构

蒸汽机按蒸汽在活塞一侧或两侧工作，可分为单作用和双作用式；按汽缸布置方式，可分为立和卧式；按蒸汽是在一个汽缸中膨胀或依次连续在多个汽缸中膨胀，可分为单胀式和多胀式；按蒸汽在汽缸中的流向，可分为回流式和单流式；按排汽方式和排汽压力可分为凝汽式、大气式和背压式。

简单蒸汽机主要由汽缸、底座、活塞、曲柄连杆机构、滑阀配汽机构、调速机构和飞轮等部分组成，汽缸和底座是静止部分。从锅炉来的新蒸汽，经主汽阀和节流阀进入滑阀室，受滑阀控制交替地进入汽缸的左侧或右侧，推动活塞运动。

效率

蒸汽机的发展首先体现在功率和效率的提高，而这又主要取决于蒸汽参数的提高。初期蒸汽机的蒸汽压力仅为0.11～0.13兆帕，19世纪初才达到0.35～0.7兆帕，20世纪20年代曾用到6～10兆帕。在蒸汽温度上，19世纪末还不超过250℃，而到20世纪30年代曾用到450～480℃。

至于效率，瓦特初期连续运转的蒸汽机，按燃料热值计总效率不超过3％；到1840年，最好的凝汽式蒸汽机总效率可达8％；到20世纪，蒸汽机最高效率可达到20％以上。

在转速方面，18世纪末瓦特蒸汽机仅40～50转/分；20世纪初转速达到100～300转/分，个别蒸汽机曾达到2500转/分。在功率方面，最初单机功率仅几马力，20世纪初的一台船用蒸汽机的功率可达25000马力。

随着蒸汽参数和功率的提高，蒸汽已不可能在一个汽缸中继续膨胀，还必须在相连接的汽缸中继续膨胀，于是出现了多级膨胀的蒸汽机。蒸汽机因受到润滑油闪点的限制，所用蒸汽的最高温度一般都不超过400℃，机车，船用等移动式蒸汽机还略低一些，多数不高于350℃。考虑到膨胀的可能性和结构的经济性，常用压力在2.5兆帕以下。蒸汽参数受到限制，从而也限制了蒸汽机功率的进一步提高。

蒸汽机的出现和改进促进了社会经济的发展，但同时经济的发展反过来又向蒸汽机提出了更高的要求，如要求蒸汽机功率大、效率高、重量轻、尺寸小等。尽管人们对蒸汽机作过许多改进，不断扩大它的使用范围和改善它的性能，但是随着汽轮机和内燃机的发展，蒸汽机因存在不可克服的弱点而逐渐衰落。

弱点

蒸汽机的弱点是：离不开锅炉，整个装置既笨重又庞大；新蒸汽的压力和温度不能过高，排气压力不能过低，热效率难以提高；它是一种往复式机器，惯性力限制了转速的提高；工作过程是不连续的，蒸汽的流量受到限制，也就限制了功率的提高。

因此，抛弃了笨重锅炉的内燃机，最终以其重量轻，体积小、热效率高和操作灵活等优点，在船舶和机车上逐渐取代了蒸汽机。汽轮机则以其热效率高、单机功率大、转速高、单位功率重量轻和运行平稳等优点，将蒸汽机排挤出了电站。

接着电动机又以其使用方便，代替了蒸汽机在工业设备中的应用。然而小功率蒸汽机热效率比汽轮机高，所以在产煤区或只有劣质燃料的地区或某些特殊场合，蒸汽机仍有发挥作用的余地。

炉胆可设计为波形，减少热膨胀应力，增加辐射受热面。

应用先进的数字化控制技术，可远程精确监控燃烧过程。

自动化程度，各种保完善。

选配优质进口低NOX燃烧机，燃烧充分，属于环保产品。

可选配冷凝换热器和空气预热器，从而提高锅炉效率。

可增设通讯接口实现上位机控制。

锅炉制造规范，严格按国家有关标准制造。

整体快装出厂，外形美观，色泽明快。

锅炉概述

基本介绍

全自动燃油燃气蒸汽锅炉，均采用为锅壳式三回程、全湿背结构。燃料在炉胆内微正压燃烧，高温烟气沿炉胆向后经回燃室进入第一烟道管束，经压迫式前烟箱转折180°进入第二管束，经过对流换热后排入大气。

利用中心对称的三回程结构的设计思想，设计容量较大的三回程蒸汽锅炉。这种锅炉最大的特点：所有的受压元件与锅筒中心对称，锅炉采用全湿背式结构，以极大的内筒和偏心火箱的结构，其有利于提供足够的辐射受热面。而对流受热面有第二回程和三回程的管束构成。回燃室前管板采用与炉胆连接，回燃室后管板采用椭球形封头和管板。第二回程和第三回程转烟室构成了前烟箱，此出烟烟温已低于500℃。因此，前烟箱的结构采用轻形结构的耐火保温材料。

后烟箱烟气出口布置在沿筒体纵轴的方向，不仅可以缩短炉体长度；又可以避免烟囱放在垂直于筒体纵轴线的方向上，在锅炉启动停止时冷凝水腐蚀锅炉本体。这种锅炉的设计主要考虑了锅炉检修和稳定的原则。锅炉回水进口内设置的混水装置，回水先冲刷烟管管束，再接触炉胆，提高了回水接触炉胆的水温。避免了局部产生过冷沸腾的现象。炉水在燃烧烟气高温部分的下层，低温在上部流动.就热对流而言，已达到最佳的结构设计。蒸汽锅炉也达到最大的汽化空间，加之后部加上隔板导致循环水流经回燃室的高温表面，使之合理均匀传热.确保回燃室的管板安全运行。

波形炉胆

锅炉采用波形炉胆，既强化了烟气的扰动，又增大了辐射传热面积；既增加了炉胆的刚度，又有效的减弱了炉胆的膨胀应力；既增强传热效果，又促进为燃料在炉膛内的燃烧。

烟管与管板工艺

采用先预胀再全焊，然后再胀接的先进工艺，既防止了管间隙腐蚀，又增强了焊接强度。

锅炉结构紧凑，安装运输方便。出厂前经过热态调试，不管在开机率还是在运行中都能稳定运行。本系列锅炉配有进口补水泵和燃烧器，全自动程序控制，自动化程度高。可使锅炉达到最佳的燃烧效果。

锅炉保护系统

水位保护

蒸汽锅炉配有二台水泵，运行和备用。锅炉配套一至二只板式水位计，应经常相互比较，发现指示不一致的，须立即校正。水位计应每班进行冲洗，以确定其真实水位。同时还配有电极点水位平衡筒，可以准确的采集水位信号以发出报警或进行给水泵控制。

压力保护

锅炉压力超过额定值时，需进行连锁保护：方法是停炉，燃烧系统停止工作；也可改变火嘴，单段或双段燃烧，亦可调节油量，从而降压，确保锅炉安全运行。

燃油(气)蒸汽锅炉压力保护与水位一样，采用多重保护.

压力控制器

一般用二个压力控制器，将压力信号转化为电气信号的机电转换装置，它的功能将压力高、低不同的信号输给电气开关，对外线路进行自动控制或连锁保护。

常用压力控制器及电接点压力表，能使蒸汽压力超压报警，达到极限时切断燃烧器；压力控制器根据实际运行压力调节单火或双火燃烧；对于大型燃烧器，可根据压力大小调节燃油量的大小，始终保持压力稳定运行。

安全阀

安全阀是锅炉保护中的最后一道防线，在锅炉压力超过极限时，根据安全阀设计所配的整定压力，排汽泄压，确保锅炉正常运行。

温度保护

温度保护是锅炉安全运行过程中的重要程序，对于蒸汽锅炉温度的调节及保护尤为重要；同时在热水锅炉超温时达到调节保护作用。锅炉常用的温度保护装置为双金属温度控制器.

熄火保护

防止炉膛爆炸事件的发生，燃油（气）锅炉必须设置熄火保护装置，功能是监测炉膛内燃烧情况（包括点火，当点火失败或燃烧中途熄灭时，一般在5秒内重新点火，1秒钟内运行，关闭进油（气）电磁阀，并接通和发出声光报警信号，这时鼓风机继续运转，吹扫炉膛内残余的可燃气体，经过20～30秒钟的吹扫后，自动切断鼓风机及各种辅机电源，锅炉停止运行。）由火焰监测器和控制装置组成。火焰监测器的作用是将控制装置发出火焰存在或中断的信号。

主要使用的是光电倍增管、光敏电阻和光电池，它们都有紫外型或红外型，一种光电转换元件，工作原理将光照辐射的强弱转变成相应的强弱电流。并呈线性状态输出，有时感应电流弱，要通过放大，才能对控制器产生作用。

停电保护

在突发电源中断情况下，锅炉运行立即停炉自锁，若电流恢复通电，随时启动，必须复位解除自锁，才能重新点火启动。

采用进口彩色和单色触摸屏控制系统，运行过程实现全自动化，具有自动补水、缺水、超温、超压、自动断电并报警、漏电保护等安全保护系统.

特点

1、费用低。产生同量蒸汽的情况下，劳士特气化蒸汽锅炉的运行费用尽为普通燃油蒸汽锅炉的1/4，是普通电锅炉的1/6。

2、节能环保。该锅炉为三回程中小型锅炉，两个燃烧过程，一个是燃料本身的燃烧，一个是燃料在密闭高温的状态下产生可燃性混合气体后的气化燃烧过程，锅炉合理的设计结构使燃料的气化过程平稳充分、完全，并采用逆向气化燃烧，燃烧完全，而且配置了专用省煤器，使锅炉的热效率高达85%以上，节能效果明显。燃料在炉内经过气化后完全燃烧，无烟排放。

3、保护装置完善，安全可靠。配丹麦丹佛斯压力控制器、优质安全阀、低水位、高水位及热保护等多重保护装置，以确保锅炉安全运行。

4、自动化控制。微电脑控制系统，自动点水，并且采用先进的无极变速技术自动控制风量。可以设置运行、启停时间，锅炉运行过程中一旦发生异常，自动中断供水，并发出声光报警，指明故障代码，检修方便。

5、大容量型燃料室。一次加足燃料可以燃烧数个小时，极大减少司炉工的劳动强度。

火车简介

蒸气火车外观和功用与如今的各种火车相差不远,但是它是世界上第一代的火车,是利用为动力,蒸汽机为核心的最初级最古老的火车。

蒸汽火车通过用煤烧水，使水变成蒸汽，从而推动活塞，使火车运行。

在人们的心目中，气势磅礴的蒸汽机车具有一种特殊的意味，因为它曾以无比的巨力开启过人类历史上一个崭新的时代。

火车历史

瓦特的历史

喜欢寻根问底的孩子.瓦特1736年出生于英国格拉斯哥市附近的一个小镇，他的祖父曾经是一位教师，教授数学、测量学和航海学，父亲原来是个造船技术工人。后来自己经营过造船业和建筑业，做过仪器制造家和商人，还曾经一度担任过小镇的地方行政官。耳濡目染，瓦特从幼年起就随父亲学习各种手艺。他心灵手巧，从小接触和了解了不少技术方面的知识，并养成了一种独立思考和探索奥秘的兴趣和习惯。他的家庭环境对他日后攀登技术高峰起到了一定的作用。

瓦特从小身体虚弱，到了入学年龄，仍不能去上学。过了入学年龄好几年，他才到镇上的学校学习。在学校里，他不喜欢与小朋友们打闹，只爱独自沉思默想。关于他的童年，曾有过一个广为人知的传说：有一天，小瓦特在家里看见一壶水开了，蒸汽把壶盖冲得噗噗地跳。这种常人司空见惯的现象却引起了他极浓厚的兴趣。

他目不转睛地凝视那跳动的壶盖和冒出的蒸汽，苦思冥想其中的奥秘。一直看了一个多小时。由于瓦特常常会面对他不熟悉、不认识的许多现象长时间地默默观察，崐人因此说他是个“懒孩子”。其实正是这种好奇心和寻根问底的精神，后来引导他去努力探索世界的种种奥秘，攀登科学的高峰。

13岁那年，他对几何学发生了兴趣，15岁就读完了《几何学原理》这样艰深的书籍。后来他进入文法学校，数学成绩特别优秀。由于身体不好，他没到毕业就退学了。但是，他在家里坚持自学了天文学、化学、物理学和解剖学等多学科知识，并自学了好几种外语。瓦特17岁时到格拉斯哥的一家钟表店里当了学徒。

他在业余时间刻苦学习，进一步掌握了许多科技原理。在当学徒时他曾经动手制造过技术要求较高的罗盘、经纬仪等。21岁那年，他来到了格拉斯哥大学当教具实验员，负责修理和制造仪器。他进一步熟悉了当时一些较先进的机械技术。在工作之余，他还埋头读书，并经常向老师和同学虚心求教，提高了自己的科学理论水平。

世界的发明

人类对蒸汽的认识和利用，经历了一个漫长的历史过程。早在公元前二世纪，古希腊人就制造过一种利用蒸汽喷射的反作用的发动机。1690年，法国人巴比首先发明了第一台活塞式蒸汽机，但他未能制成实用的蒸汽机。1698年，英国的一位技师塞莱斯发明了实用的无活塞式蒸汽机。这种机器在矿井中得到应用，被称为“矿山之友”，但受当时材料和技术的限制，无法推广。后来经过改进，直到18世纪，英国的铁匠纽科门才制成第一台能把热能转变为机械能的较原始的蒸汽机。

随着工业发展对新动力的需求日益突出，推动了对蒸汽机作进一步的改进。从18世纪60年代起，英国的工程师斯米顿开始研究改进纽可门蒸汽机，他测量了一百多种当时的蒸汽机的部件和效率，并对所得资料进行了系统的比较分析。斯米顿本人没有对蒸汽机的结构做任何改进，但是他积累的数据为改进蒸汽机提供了方便。与此同时，瓦特也开始研究改进蒸汽机。

瓦特在大学修理仪器期间，学校曾经把一台旧式的纽可门蒸汽机交给他修理。他通过大量实验以及根据格拉斯哥大学教授布莱克提出的潜热、比热理论进行分析，对旧式蒸汽机进行深入研究，找出了旧式机器效率低的主要原因：除了漏汽、散热等造成热量的浪费外，主要缺陷在于每一冲程都要用冷水将汽缸冷却一次，从而耗了大量热量，使绝大部分蒸汽没有被有效利用。针对这一缺陷，瓦特提出了减少蒸汽消耗，提高热机效率的两项措施.

一、为了使汽缸始终保持蒸汽所必须具有的温度，必须在汽缸外加上绝热外套或通以蒸汽或用其他方法对汽缸加热；

二、使作功后的蒸汽尽可能快地冷却，液化成水并要使这一过程在汽缸外进行，为此必须设置一个独立于汽缸的冷凝器，在机械传动方面也要改进。他决心自己制造一台新的蒸汽机，来改进旧机器的不足。

名垂青史

1784年4月，英国政府授予瓦特以制造蒸汽机的专利证书。马克思曾经评论说：瓦特的伟大天才表现在他所取得的专利的说明书中，他没有把自己的蒸汽机说成是一种用于特殊目的的发明，而是把它说成是大工业普遍应用的发动机。

瓦特在英国和欧洲大陆各国的学术界和科学界享有崇高的地位。1784年他成为爱丁堡皇家学会的会员，1785年又成为伦敦皇家学会的会员。1808年，他成为法兰西学士院的成员，1814年，他又被选为法国科学院的8名外籍院士之一。各国科学界都承认瓦特是他们之中最著名的一员。

瓦特由于这样一个划时代的伟大发明，从一个一贫如洗的无名小卒，一下子成为一个名利双收的大人物了。他在11年的时间里获得了七万六千磅的专利税。为了保护自己的专利，他到了晚年时多少显得有些学阀作风了。他经常向法院起诉，阻止和压制别人的发明创造，甚至不许自己的助手去实验用蒸汽来发动四轮车。这是一个科学家的悲剧，也是他那个时代和社会在他身上打下的烙印。尽管如此，他仍然是一位伟大的发明家。他毕生精力集中于蒸汽机的发明，前后达20余年。他对科学技术和社会进步所作出的巨大贡献，人民是不会忘记的。

1819年，84岁的瓦特在家中安然与世长辞了。他生前对人类的科学事业作出了杰出的贡献，各国人民怀念他。1824年，在他逝世5周年时，伦敦公众为他在有名的威斯敏斯特大教堂树立了一座纪念碑。瓦特终生刻苦学习，孜孜不倦地致力于科学事业，在前人成就的基础上，发明了蒸汽机，为人类科学技术的发展作出了划时代的贡献。为了纪念瓦特这位伟大的发明家，人们把常用的功率单位定为瓦特，简称瓦。他的芳名将永远刻在人类的历史上。

应用