06 考利斯蒸汽机

设计者：

乔治· 考利斯

生产商：

考利斯&南丁格尔公司

1849

工业
农业
媒体
交通运输
科学
计算机信息处理技术
能源
家用

虽然蒸汽机是古希腊人的发明，但是在17世纪末之前并没有得到实际使用。蒸汽动力起初仅仅是对水力的补充，但最终成为了第一次工业革命的主要动力源。效率极高的考利斯蒸汽机完成了这个进程，为磨坊、工厂提供动力，解除了它们原来必须设在水源附近的局限。

美国的詹姆斯·瓦特

到目前为止，我们已分别介绍了一位法国人和三位英国人的发明。而本章的主题——考利斯蒸汽机——则是北美的首批标志性机器之一。在有关第一次工业革命的讨论中，英国的发明家和工程师占据了极大优势，以至于人们很容易忽略世界其他地区的科技也在进步。自殖民时代开始，北美的12个殖民地一直都在发展自己的民族工业和技术，使得美国在独立后得以迅速赶超英国的工业成就。

虽然法国人早在1690年就发明了固定式蒸汽机，但它的商业化确实在英国由托马斯·纽可曼（1664—1729）实现的。随后，这种机器得到了许多改进，这其中最著名的改进则出自詹姆斯·瓦特（1736—1819）之手。

尽管在接下来的几十年里，后人对瓦特的原始设计进行了诸多改进，但乔治·考利斯（1817—1888）的改进被人们认为最得瓦特真髓。他在1849年为自己的蒸汽机申请了专利。考利斯出生于纽约州北部，是一名乡村医生的儿子。按照当时的标准，他算是受到了良好的教育，但当时学校里并不教授机械工程知识。毕业后，他开了一家杂货店。

3年后，考利斯决定转行，从事一个可以运用自己对机械工程的兴趣的职业。在1842年，他取得了制作鞋和皮革制品的重型缝纫机的专利。两年后，他搬到了罗得岛州普罗维登斯市，希望能在那里为自己的缝纫机找到资金支持。然而，他找了一份绘图员的工作后，很快就发现了一个新的工程项目——改进固定式蒸汽机。尽管当时这种机器已经发展了六十多年，但还是效率低下，运行成本高昂，一般都被用来为水磨坊的泵提供动力。

（到1876年，）人们已经公认考利斯的设计是美国人对蒸汽机的发展所作出的最重大的贡献之一。

——《亨利的阁楼》（2006），F.R.布赖恩及S.埃文斯著

百年发动机

1848年，考利斯开始将自己改进过的固定式蒸汽机投入商业化生产，并在一年后为自己革命性的阀动装置申请了专利。他所制造的发动机采用了标准部件，从而降低了其起始价格和维护成本，使得磨坊主和工厂主能够负担得起。但这款机器的主要卖点是其经济性，它比竞争对手的燃料效率高30%。有史以来，磨坊终于可以不再依赖水力，搬离自己曾经依赖的贮水池、运河以及河流。在19世纪后期和20世纪，考利斯蒸汽机与大量的廉价移民工人一起扮演了美国工业力量的基础。

1876年在宾夕法尼亚州费城举行的百年博览会上，考利斯的蒸汽机被选定为整个博览会提供动力，考利斯的职业生涯借此达到了巅峰。作为19世纪建造的最大同类发动机，考利斯蒸汽机高45英尺（约13.7米），配有44英寸（约1.1米）的双汽缸，驱动直径为30英尺（约9.1米）的飞轮产生1400马力的功率。考利斯蒸汽机十分高效、可靠而经济，直到21世纪我们还能在一些酿酒厂看到它的身影。

解析
考利斯蒸汽机

乍一看，考利斯蒸汽机采用的是固定式蒸汽机的标准设计，一个或多个活塞驱动飞轮以每分钟100转的速度旋转。考利斯蒸汽机有不同的尺寸，其中最大的是百年展览会所使用的巨型蒸汽机，它高45英尺（约13.7米），中间横着的飞轮尺寸为30英尺（约9.1米）。人们采用这些蒸汽机来为磨坊提供动力，终结了磨坊对水动力的依赖，之后人们还用它们来发电。对比之前和同时代的蒸汽机，考利斯蒸汽机超凡的优越性来源于它的阀动装置。

主要特点：

考利斯阀动装置

考利斯蒸汽机的每个汽缸都配备有四个阀门，各端均设有进气阀和排气阀。循环开始时，活塞在汽缸的一端，左侧的排气阀和右侧的进气阀同时打开。蒸汽进入汽缸，推动活塞向相反的一端运动。冲程完成一半时，右侧进气阀关闭。活塞完成整个冲程后，右侧的排气阀和左侧的进气阀同时打开，让活塞右侧的蒸汽排出，同时蒸汽进入到左侧，推动活塞。冲程进行了一半时，进气阀关闭，蒸汽膨胀推动活塞到汽缸的另一端，完成整个循环。

[A]蒸汽缸

[B] 肘板（阀动装置）

[C]蒸汽进气

[D]蒸汽排气阀

[E]调节器

[F]曲轴（阀动装置偏心轮） zt8VE7HOKCr3Dq+LLMJ+MZTzUSjlcOPnsbFNedT0nnVLeqmbcBBkCiKpkR6Gk6Af