第1章 常压蒸汽机
小说：1640四海扬帆作者：人生一场康波字数：3305更新时间 : 2017-11-09 05:20:17
金城研究院，扇形报告厅，阶梯状的座位此时容纳了20多人。
中央地板上摆放着两个大型机械模型。模型由锡和木料制成，一个完整，另一个从中央切开，将剖面展示在所有人眼前。
模型分为两个部分，右侧是一个球状的常压锅炉，锅炉底部模拟有燃煤投送口。
常压锅炉产生的蒸汽由一个蒸汽管和蒸汽阀组成的装置导入上方的垂直汽缸内。制造汽缸的技术与铸造炮管类似，金城目前的造炮水平只能保证镗出直径最大7英寸的炮管。
镗炮膛用的是人力机械，地面找平后，将炮管/汽缸水平摆放，由人力绞盘驱动镗刀。
全球工艺最好的铸炮厂也只有这个水平，他们无非是成功率更高，成本更低，质量更好，与金城没有本质区别。7英寸直径汽缸对蒸汽机来说只能叫玩具，显然无法使用。要获得足够马力，汽缸是决定性的。
因此只能在铸造大直径汽缸后使用磨料打磨内膛。这样加工出来的汽缸，显然存在一个致命的问题，活塞与汽缸之间的密封。没有精密加工的内膛，就没有能与之配合的活塞。守序让铁匠试验了几次，这样加工得到的平均水平极其悲剧，估计汽缸放大到30英寸后，活塞与内膛的游隙能达到0.5英寸。
加工精度的问题根本没有办法解决，守序安排做这件事的已是中国最好的铁匠，欧洲就算有更好的手艺人，也不会有质的区别。得承认现实，这就是中世纪水平的手工艺。
中世纪的办法只有一个，顶硬上，游隙太大只能想办法凑。于是，在汽缸与活塞之间填充一层软性密封材料就成了唯一的选择。
目前备选的材料有柔韧性上佳的皮革与麻绳，更多的还需试验。皮革与麻绳显然无法完全达到密封的效果，因此在圆盘皮革之上再加注一层水，用水来保持汽缸密封。
之所以用常压锅炉，是因为现在的冶金水平不支持超出大于一个大气压的密封装置。如果压力过大，结果只能是锅炉爆炸，全部完蛋。同时汽缸与活塞之间的游隙也让任何试图增大蒸汽压力的做法变得不可取。
常压蒸汽机装置的中间，是一座用木板模拟的砖墙，高度超过锅炉和气缸。砖墙在整个机械中起到的是杠杆支点的作用，杠杆通过枢轴固定在砖墙上，横梁右端的拱形头通过铁链连接到气缸活塞，左侧的拱形梁连接到泵杆，泵杆之上有配重。
在砖墙右侧，高度超过汽缸的位置装有一个水箱，水箱阀门通过铁链连接到杠杆枢轴右侧的小拱上。
机器的工作原理很简单，蒸汽通过管道进入汽缸。常压蒸汽无法产生推力推开活塞，主要依靠左侧泵杆上的配重拉动活塞。等到活塞运动到位，切断蒸汽输送阀门，打开砖墙上水箱相应的阀门，冷却水从管道进入汽缸，冷凝蒸汽，大气压将活塞压下，提升杠杆左侧的泵杆。整个活塞运动冲程中，蒸汽阀和水阀的控制全部由人工进行。
原理很简单，用锡和木料制造的活动模型也很简单，但要用铁制部件将这个机器组装到实用水平，消耗的时间将以年为单位来计算。
各种零件和阀门的配合只有当机器投入使用才知道会不会出错，在哪里出错。
守序不知道需要多久才能调试完毕。他只能保证，在力所能及的范围内，全力保障项目的资金需求。从模型到使用的机器，目前批下来的5万两白银是肯定不够的，这只能作为初期的研发费用。
守序决心不惜一切代价，哪怕要投入相当于广东省一年的海关关税收入来研制这台发动机。火力发动机代表了新的能量利用方式，那是一切，那是未来。
研究院瓦塞.康塞洛斯院长起立，询问守序，“阁下，请问我们花这么多钱和时间去研发这台机器，有什么作用呢？”
“在很长一段时间内，这种机器只能用来抽水。”守序微笑道。
一个陌生的教师站起来，“阁下，我不明白。只是抽水的机器我们要来干嘛？我们可以用奴隶抽水，也可以用马来抽水。”
“你叫什么名字，从哪里来的？”
“克劳迪奥，阁下，我曾经在澳门卜加劳炮厂工作五年。”
守序点点头。卜加劳炮厂是亚洲最大，设施最完善的兵工厂。明朝最好的火炮全部产自卜加劳炮厂。
“这位澳门来的先生，”守序问道，“我国拥有很多矿场，你应该知道这些矿场目前最大的制约是什么？”
“人力和排水，阁下。”
“康塞洛斯院长，你们统计的排水成本对比是多少。”守序看着模型，点了院长的名。
“阁下，”康赛洛斯对基础数据如数家珍，“在我们的锡矿山，一匹高大的印度卡提阿瓦马一天的工作量等于5-6个人，一匹骡子的力气等于3-4个人。喂养一匹马一天的花费是一个奴隶一天花费的2-3倍，因此，我们可以把马力的成本估算为人力的一半。”
“很好，院长先生。”守序道，“你们要考虑到，人和马放在别的岗位，能比仅仅是排水创造更多的利润。我告诉大家一个数据，100磅煤用在这台机器上，可以获得相当于10个人一天的工作量。”
这是一个惊人的数据。克劳迪奥迅速在心中算了一遍，这意味着采用机器能减少一半的排水成本，仅这个理由，机器就值得全力投入研发。
到这里就足够了，守序没有耐心和精力进一步解释。他扫过所有人的眼睛，缓缓道，“决策是我的事，你们只要照着去做。”
……
守序走出研究院，不远处有三座缓缓转动的水车。卫兵打开马车车门，守序脚踩踏板坐进藤制的躺椅，车门关上后，可以清晰地看见逆戟鲸的纹章。
这里位于首都郊外30多公里，离军人公墓不远。之所以把研究院设在这里，是因为背靠有一些丘陵。研究院在这里修筑了一座水坝，驱动了几台水车。
拉上窗帘，守序靠在椅背上闭目养神。
这个时代的机械原动力是水力和风力，就17世纪来说，使用动力的障碍是成本。人力可能比水力、风力机械成本更低，相对于所获取的动力来说，机械的投入成本是巨大的，而且这时代的机械很不可靠，维修费用高昂。因此人们更愿意选择人力或者畜力，而不是动力机械。
风力与水力相比更不可靠。而利用水力，首先意味着工场必须建在河流附近，高落差的山谷显然建设成本高昂，且面临如山洪等水利灾害的严重威胁。如建在河道平缓的地区，水流的驱动力又是一大问题。
不管建在哪里，水力总是不稳定的动力，雨季与旱季水流的差别甚大。没有稳定的动力则意味着产品不可度量，也就无法提高全社会整体加工精度。靠中世纪式的手工业，工场将永远是工场，无法进化成工厂。没有工厂，就不可能诞生瓦特蒸汽机。
欧洲现有的水力机械，功率一般是2马力。最大的水车可以驱动10马力，但这很难实现，即便是100年后的技术水平，欧洲的水车也仅仅维持在了平均5马力的基础上。要达到这个动力输出，水车必须经常维护，否则功率下降会很快。
在可以预见的近期未来中，守序无法造出行星齿轮组和瓦特连杆，冶金水平不支持。
常压蒸汽机属于单作用蒸汽机，活塞与杠杆拱形头之间的连接排除了上冲程的推力。如果要将活塞往复运动变成旋转运动，只能从古老的机械上获得启发，采用曲轴和偏心轮。这就要求活塞与杠杆硬连接，上冲程时，杠杆施加在曲轴销的向下压力要足够。这套机械实现的难度并不低。
那么在近期，只能采用工业革命前期必经之路，采用常压蒸汽机和水车的组合机械。在瓦特连杆出现之前，蒸汽机是大型水车的必备附件。数台十数台常压蒸汽机组成动力组将水泵至高架水池中，再由水车来完成旋转运动。
蒸汽机加水车，让人类第一次获得了持续而可控的稳定动力，这是工厂的基础。哪怕稳定输出只有5-10马力，守序就可以尝试机械式鼓风箱。有了机械式鼓风箱，炉子的通风口就能缩小，从而在炉体接上更多的通风口。稳定鼓风是炼钢的前提，那是将炉温提高至1600度的必经之路，也是获得液态钢的必经之路。
一步都跳不过去。
只有靠时间和金钱来堆积这条科技树，而常压蒸汽机就是一切的起点。
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中央地板上摆放着两个大型机械模型。模型由锡和木料制成，一个完整，另一个从中央切开，将剖面展示在所有人眼前。
模型分为两个部分，右侧是一个球状的常压锅炉，锅炉底部模拟有燃煤投送口。
常压锅炉产生的蒸汽由一个蒸汽管和蒸汽阀组成的装置导入上方的垂直汽缸内。制造汽缸的技术与铸造炮管类似，金城目前的造炮水平只能保证镗出直径最大7英寸的炮管。
镗炮膛用的是人力机械，地面找平后，将炮管/汽缸水平摆放，由人力绞盘驱动镗刀。
全球工艺最好的铸炮厂也只有这个水平，他们无非是成功率更高，成本更低，质量更好，与金城没有本质区别。7英寸直径汽缸对蒸汽机来说只能叫玩具，显然无法使用。要获得足够马力，汽缸是决定性的。
因此只能在铸造大直径汽缸后使用磨料打磨内膛。这样加工出来的汽缸，显然存在一个致命的问题，活塞与汽缸之间的密封。没有精密加工的内膛，就没有能与之配合的活塞。守序让铁匠试验了几次，这样加工得到的平均水平极其悲剧，估计汽缸放大到30英寸后，活塞与内膛的游隙能达到0.5英寸。
加工精度的问题根本没有办法解决，守序安排做这件事的已是中国最好的铁匠，欧洲就算有更好的手艺人，也不会有质的区别。得承认现实，这就是中世纪水平的手工艺。
中世纪的办法只有一个，顶硬上，游隙太大只能想办法凑。于是，在汽缸与活塞之间填充一层软性密封材料就成了唯一的选择。
目前备选的材料有柔韧性上佳的皮革与麻绳，更多的还需试验。皮革与麻绳显然无法完全达到密封的效果，因此在圆盘皮革之上再加注一层水，用水来保持汽缸密封。
之所以用常压锅炉，是因为现在的冶金水平不支持超出大于一个大气压的密封装置。如果压力过大，结果只能是锅炉爆炸，全部完蛋。同时汽缸与活塞之间的游隙也让任何试图增大蒸汽压力的做法变得不可取。
常压蒸汽机装置的中间，是一座用木板模拟的砖墙，高度超过锅炉和气缸。砖墙在整个机械中起到的是杠杆支点的作用，杠杆通过枢轴固定在砖墙上，横梁右端的拱形头通过铁链连接到气缸活塞，左侧的拱形梁连接到泵杆，泵杆之上有配重。
在砖墙右侧，高度超过汽缸的位置装有一个水箱，水箱阀门通过铁链连接到杠杆枢轴右侧的小拱上。
机器的工作原理很简单，蒸汽通过管道进入汽缸。常压蒸汽无法产生推力推开活塞，主要依靠左侧泵杆上的配重拉动活塞。等到活塞运动到位，切断蒸汽输送阀门，打开砖墙上水箱相应的阀门，冷却水从管道进入汽缸，冷凝蒸汽，大气压将活塞压下，提升杠杆左侧的泵杆。整个活塞运动冲程中，蒸汽阀和水阀的控制全部由人工进行。
原理很简单，用锡和木料制造的活动模型也很简单，但要用铁制部件将这个机器组装到实用水平，消耗的时间将以年为单位来计算。
各种零件和阀门的配合只有当机器投入使用才知道会不会出错，在哪里出错。
守序不知道需要多久才能调试完毕。他只能保证，在力所能及的范围内，全力保障项目的资金需求。从模型到使用的机器，目前批下来的5万两白银是肯定不够的，这只能作为初期的研发费用。
守序决心不惜一切代价，哪怕要投入相当于广东省一年的海关关税收入来研制这台发动机。火力发动机代表了新的能量利用方式，那是一切，那是未来。
研究院瓦塞.康塞洛斯院长起立，询问守序，“阁下，请问我们花这么多钱和时间去研发这台机器，有什么作用呢？”
“在很长一段时间内，这种机器只能用来抽水。”守序微笑道。
一个陌生的教师站起来，“阁下，我不明白。只是抽水的机器我们要来干嘛？我们可以用奴隶抽水，也可以用马来抽水。”
“你叫什么名字，从哪里来的？”
“克劳迪奥，阁下，我曾经在澳门卜加劳炮厂工作五年。”
守序点点头。卜加劳炮厂是亚洲最大，设施最完善的兵工厂。明朝最好的火炮全部产自卜加劳炮厂。
“这位澳门来的先生，”守序问道，“我国拥有很多矿场，你应该知道这些矿场目前最大的制约是什么？”
“人力和排水，阁下。”
“康塞洛斯院长，你们统计的排水成本对比是多少。”守序看着模型，点了院长的名。
“阁下，”康赛洛斯对基础数据如数家珍，“在我们的锡矿山，一匹高大的印度卡提阿瓦马一天的工作量等于5-6个人，一匹骡子的力气等于3-4个人。喂养一匹马一天的花费是一个奴隶一天花费的2-3倍，因此，我们可以把马力的成本估算为人力的一半。”
“很好，院长先生。”守序道，“你们要考虑到，人和马放在别的岗位，能比仅仅是排水创造更多的利润。我告诉大家一个数据，100磅煤用在这台机器上，可以获得相当于10个人一天的工作量。”
这是一个惊人的数据。克劳迪奥迅速在心中算了一遍，这意味着采用机器能减少一半的排水成本，仅这个理由，机器就值得全力投入研发。
到这里就足够了，守序没有耐心和精力进一步解释。他扫过所有人的眼睛，缓缓道，“决策是我的事，你们只要照着去做。”
……
守序走出研究院，不远处有三座缓缓转动的水车。卫兵打开马车车门，守序脚踩踏板坐进藤制的躺椅，车门关上后，可以清晰地看见逆戟鲸的纹章。
这里位于首都郊外30多公里，离军人公墓不远。之所以把研究院设在这里，是因为背靠有一些丘陵。研究院在这里修筑了一座水坝，驱动了几台水车。
拉上窗帘，守序靠在椅背上闭目养神。
这个时代的机械原动力是水力和风力，就17世纪来说，使用动力的障碍是成本。人力可能比水力、风力机械成本更低，相对于所获取的动力来说，机械的投入成本是巨大的，而且这时代的机械很不可靠，维修费用高昂。因此人们更愿意选择人力或者畜力，而不是动力机械。
风力与水力相比更不可靠。而利用水力，首先意味着工场必须建在河流附近，高落差的山谷显然建设成本高昂，且面临如山洪等水利灾害的严重威胁。如建在河道平缓的地区，水流的驱动力又是一大问题。
不管建在哪里，水力总是不稳定的动力，雨季与旱季水流的差别甚大。没有稳定的动力则意味着产品不可度量，也就无法提高全社会整体加工精度。靠中世纪式的手工业，工场将永远是工场，无法进化成工厂。没有工厂，就不可能诞生瓦特蒸汽机。
欧洲现有的水力机械，功率一般是2马力。最大的水车可以驱动10马力，但这很难实现，即便是100年后的技术水平，欧洲的水车也仅仅维持在了平均5马力的基础上。要达到这个动力输出，水车必须经常维护，否则功率下降会很快。
在可以预见的近期未来中，守序无法造出行星齿轮组和瓦特连杆，冶金水平不支持。
常压蒸汽机属于单作用蒸汽机，活塞与杠杆拱形头之间的连接排除了上冲程的推力。如果要将活塞往复运动变成旋转运动，只能从古老的机械上获得启发，采用曲轴和偏心轮。这就要求活塞与杠杆硬连接，上冲程时，杠杆施加在曲轴销的向下压力要足够。这套机械实现的难度并不低。
那么在近期，只能采用工业革命前期必经之路，采用常压蒸汽机和水车的组合机械。在瓦特连杆出现之前，蒸汽机是大型水车的必备附件。数台十数台常压蒸汽机组成动力组将水泵至高架水池中，再由水车来完成旋转运动。
蒸汽机加水车，让人类第一次获得了持续而可控的稳定动力，这是工厂的基础。哪怕稳定输出只有5-10马力，守序就可以尝试机械式鼓风箱。有了机械式鼓风箱，炉子的通风口就能缩小，从而在炉体接上更多的通风口。稳定鼓风是炼钢的前提，那是将炉温提高至1600度的必经之路，也是获得液态钢的必经之路。
一步都跳不过去。
只有靠时间和金钱来堆积这条科技树，而常压蒸汽机就是一切的起点。
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