第1章 常壓蒸汽機-《1640四海揚帆》
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金城研究院,扇形報告廳,階梯狀的座位此時容納了20多人。
中央地板上擺放著兩個大型機械模型。模型由錫和木料制成,一個完整,另一個從中央切開,將剖面展示在所有人眼前。
模型分為兩個部分,右側是一個球狀的常壓鍋爐,鍋爐底部模擬有燃煤投送口。
常壓鍋爐產生的蒸汽由一個蒸汽管和蒸汽閥組成的裝置導入上方的垂直汽缸內。制造汽缸的技術與鑄造炮管類似,金城目前的造炮水平只能保證鏜出直徑最大7英寸的炮管。
鏜炮膛用的是人力機械,地面找平后,將炮管/汽缸水平擺放,由人力絞盤驅動鏜刀。
全球工藝最好的鑄炮廠也只有這個水平,他們無非是成功率更高,成本更低,質量更好,與金城沒有本質區別。7英寸直徑汽缸對蒸汽機來說只能叫玩具,顯然無法使用。要獲得足夠馬力,汽缸是決定性的。
因此只能在鑄造大直徑汽缸后使用磨料打磨內膛。這樣加工出來的汽缸,顯然存在一個致命的問題,活塞與汽缸之間的密封。沒有精密加工的內膛,就沒有能與之配合的活塞。守序讓鐵匠試驗了幾次,這樣加工得到的平均水平極其悲劇,估計汽缸放大到30英寸后,活塞與內膛的游隙能達到0.5英寸。
加工精度的問題根本沒有辦法解決,守序安排做這件事的已是中國最好的鐵匠,歐洲就算有更好的手藝人,也不會有質的區別。得承認現實,這就是中世紀水平的手工藝。
中世紀的辦法只有一個,頂硬上,游隙太大只能想辦法湊。于是,在汽缸與活塞之間填充一層軟性密封材料就成了唯一的選擇。
目前備選的材料有柔韌性上佳的皮革與麻繩,更多的還需試驗。皮革與麻繩顯然無法完全達到密封的效果,因此在圓盤皮革之上再加注一層水,用水來保持汽缸密封。
之所以用常壓鍋爐,是因為現在的冶金水平不支持超出大于一個大氣壓的密封裝置。如果壓力過大,結果只能是鍋爐爆炸,全部完蛋。同時汽缸與活塞之間的游隙也讓任何試圖增大蒸汽壓力的做法變得不可取。
常壓蒸汽機裝置的中間,是一座用木板模擬的磚墻,高度超過鍋爐和氣缸。磚墻在整個機械中起到的是杠桿支點的作用,杠桿通過樞軸固定在磚墻上,橫梁右端的拱形頭通過鐵鏈連接到氣缸活塞,左側的拱形梁連接到泵桿,泵桿之上有配重。
在磚墻右側,高度超過汽缸的位置裝有一個水箱,水箱閥門通過鐵鏈連接到杠桿樞軸右側的小拱上。
機器的工作原理很簡單,蒸汽通過管道進入汽缸。常壓蒸汽無法產生推力推開活塞,主要依靠左側泵桿上的配重拉動活塞。等到活塞運動到位,切斷蒸汽輸送閥門,打開磚墻上水箱相應的閥門,冷卻水從管道進入汽缸,冷凝蒸汽,大氣壓將活塞壓下,提升杠桿左側的泵桿。整個活塞運動沖程中,蒸汽閥和水閥全部由人工控制。
原理很簡單,用錫和木料制造的活動模型也很簡單,但要用鐵制部件將這個機器組裝到實用水平,消耗的時間將以年為單位來計算。
各種零件和閥門的配合只有當機器投入使用才知道會不會出錯,在哪里出錯。
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