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第313章 蜡与铁
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刘朔把占城稻和堆肥的事安排下去后,心里那点郁闷散了些,但转头一进格物院,看见墙角那台依旧沉默的铁疙瘩,眉头又皱起来了。
马钧正蹲在气缸旁边,手里拿着个牛皮缝的小口袋,往活塞和气缸的缝隙里灌细沙。灌一点,转动几下活塞,倒出来看沙粒磨损情况,再用卡尺量缝隙宽度。旁边地上画满了算式,是杨伟帮他算的泄漏量。
“怎么样?”刘朔走过去。
马钧站起来,拍拍手上的沙:“陛下,缝隙最宽处有半根头发丝那么宽。蒸汽压力一大,全从这儿漏了。缠麻绳不行,麻绳受热发脆。裹软木也不行,软木压不实。”
蒲元从炉子那边过来,拎着个新打的活塞:“俺寻思,把活塞做得比气缸稍大一丝,硬砸进去?摩擦是大了,可也许就不漏了。”
左慈在角落里捣鼓他的火药,闻言抬头:“硬砸?那不得卡死?贫道看,不如在活塞上刻凹槽,槽里灌铅。铅软,受热还能膨胀,兴许能堵缝。”
几个人各说各法,谁也说服不了谁。
刘朔没说话,走到那台铁疙瘩前,手放在冰冷的汽锅上。他知道问题在哪——这个时代的材料,撑不起他脑子里的蒸汽机图纸。高压、高温、精密密封,每一样都是坎。
“先不想高压。”他转过身,“咱们退一步。不追求快,不追求力大,只要它能动起来,能干活,行不行?”
几人安静下来。
马钧想了想:“陛下是说像水车那样,慢慢转,能干点轻活就行?”
“对。”刘朔点头,“比如矿山排水,或者灌溉时从低处往高处抽水。不指望它拉车拉船,只要能替代一部分人力畜力,就是成功。”
他捡起根炭笔,在地上画起来:“汽锅不用追求高压,厚实就行。气缸咱们现在能做光滑,但密封难。那就不做精密密封,允许漏一点气,只要大部分蒸汽能推动活塞就行。”
他画了个简单的横梁结构:“动力输出也别搞复杂的曲轴连杆那东西咱们现在做不精密。就用个大横梁,像跷跷板。一头连活塞,一头连要带动的家伙,比如抽水杆。活塞往下走,横梁这头下去,那头就抬起来,把水抽上来。活塞回去,那头下去,水排走。慢是慢,但稳。”
马钧眼睛亮了:“这个好像真能做。”
左慈凑过来:“那密封呢?总得有个法子。”
刘朔沉吟:“活塞用硬木车圆,外面包一层软铅。铅软,受热会微融,能填补缝隙。活塞边缘再缠几圈浸过牛油的麻绳,牛油遇热变稀,能润滑,也能暂时堵缝。活塞杆穿过气缸盖的地方做个小水槽,灌满水,活塞杆从水里过,用水封气。”
蒲元挠头:“铅包木倒是不难打。可铅软,用久了不就磨没了?”
“磨没了再换。”刘朔道,“咱们先要的是能动,再求耐用。”
马钧盯着地上的图,手指在空中比划,嘴里念念有词。突然,他啊了一声。
“陛下,气缸也许有别的法子做。”
“怎么说?”
“无缝钢管咱们造不了,但也许不用钢管。”马钧语速快起来,“我以前帮人铸过铜钟,用失蜡法。先做个蜡模,外面裹泥,烧硬,蜡化了流走,留下空腔,灌铜水。”(失蜡法铸造这是古代制造复杂、精密空心金属件的终极手段,早在战国时期如曾侯乙尊盘就已经非常成熟了。)
他捡起炭笔,在刘朔画的图旁边补充:“咱们要的是空心气缸。那就用蜡做个芯子,粗细就是气缸内径。再在外面裹一层蜡,厚度就是气缸壁厚。然后敷上耐火泥,做成模具。加热,蜡化掉流走,模具里就留下个空心的腔。灌铁水,铸出来就是空心气缸毛坯。”
他越说越兴奋:“铸铁可能有砂眼,不怕。咱们有铣床,铸出来后再上铣床,把内壁铣光滑。外壁不平整也不要紧,能用就行。”
刘朔听着,心里一动。失蜡法铸造空心件这思路确实跳出了“造无缝管”的死胡同。虽然铸铁气缸强度不如锻钢,承受不了高压,但做他刚才说的那种低功率蒸汽机,也许够了。
“试试。”他拍板,“现在就试。”
格物院后面的空地上,很快搭起个临时工棚。
马钧带着几个徒弟做蜡模。蜂蜡加热化开,倒进一个圆木桶里,中间竖着根光滑的铁棒当芯轴。等蜡半凝固,抽出铁棒,桶里就留下个圆柱形的蜡芯。再把蜡液浇上去,裹厚厚一层,晾干,成了个实心蜡柱。
接下来是关键:在蜡柱外面敷耐火泥。泥是特意调的,掺了细沙、麻刀、瓷粉,一层层糊上去,糊到一掌厚。顶上留个浇注口,底下留几个蜡液流出口。
等泥壳阴干,架到火上烤。火不能太猛,怕泥壳裂。慢慢加热,蜡受热融化,从底下的口子淅淅沥沥流出来,流进接的盆里。空气里弥漫着蜂蜡的甜腻味。
烤了一天一夜,泥壳硬了,里面的蜡也流干净了。敲击泥壳,声音发闷,说明里面空了。
蒲元那边准备好了铁水。小熔炉烧得通红,废铁料、生铁块扔进去,化成橘红色的铁水。用长柄铁勺舀出来,对准泥壳的浇注口,缓缓灌进去。
嗤白烟冒起,是泥壳里残留的水汽。铁水灌满,停住。
等冷却,得两天。
这两天里,马钧没闲着。他按刘朔说的,设计那个横梁式动力机构。其实就是个大跷跷板:一根两丈长的硬木梁,中间架在个坚固的支架上,能上下摆动。一头垂下来,准备连活塞杆;另一头也垂下来,准备连抽水杆。简单,笨重,但绝对结实。
左慈在搞密封材料。他试了牛油、羊油、猪油,最后发现猪油黏度合适,冷却后凝固,加热后变稀。又掺了点松香,增加粘性。把麻绳浸透这种油膏,捞出来晾干,缠在木活塞上试试,确实比干麻绳柔韧。
蒲元打了几个木活塞,车得溜圆,外面包上薄铅皮。铅皮是用木槌慢慢敲上去的,紧贴木胎。又按左慈说的,在活塞侧面车出两道浅槽,准备缠油浸麻绳。
两天后,泥壳敲开。
里面的铸铁气缸露出来。黑乎乎的,表面粗糙,有砂眼,但确实是空心的。量尺寸,内径一尺二寸,壁厚一寸半,长三尺。比预想的短了些,但能用。
上铣床。
这回铣床已经调得很稳了。气缸毛坯固定在卡具上,铣刀杆缓缓推进。嗤嗤的铁屑飞溅,内壁的粗糙铸面被一层层啃掉。铣一遍,量一次,再铣。足足铣了六遍,内壁终于光滑了,圆度也够。
接下来是组装。
工棚中央立起个砖石底座,汽锅架上去。这汽锅是之前就做好的,熟铁锻打,像个横放的大桶,有锅筒、烟管、炉门。旁边是铸铁气缸,竖直固定。汽锅和气缸之间,用铜管连接铜皮卷成筒,接口处用铅锡焊料焊死。焊了好几遍,拿水试,不漏。
活塞装进气缸。硬木包铅,侧面缠了两圈油浸麻绳,塞进去有点紧,用木槌轻轻敲到位。活塞杆从气缸顶盖穿出,顶盖上有水封槽,灌上水,活塞杆从中穿过。
横梁架起来。一头用铁链连活塞杆,另一头空着,准备连负载。
所有接口检查一遍,该拧紧的拧紧,该抹油膏的抹油膏。
“点火吧。”刘朔说。
炉门里塞进柴,浇上油,点着。火燃起来,烟从烟囱冒出。汽锅里的水开始热。
工棚里挤满了人。马钧、蒲元、左慈、杨伟、郑浑,还有格物院几乎所有工匠,都屏着呼吸看。只有柴火的噼啪声和汽锅里水渐渐升温的咕嘟声。
半个时辰后,汽锅开始冒蒸汽。嗤嗤的,从各个接缝处漏出来一些,但大部分蒸汽顺着铜管冲进气缸。
气缸顶盖上的压力表指针开始动——那是杨伟设计的简易表,用铜管弯成U形,里面灌水银,一头通气缸,一头通大气。压力变化,水银柱高度就变。
指针颤巍巍升到五的位置(约0.05兆帕)。
“压力够了。”马钧低声道。
他走到横梁空着的那头,挂上一个装石块的筐子,大约一百斤重。
所有人瞪大眼睛。
活塞在气缸里,被蒸汽推动,缓缓向下移动。虽然慢,但确实在动。活塞杆拉动横梁一头,横梁缓缓倾斜,另一头抬起,挂着石块的筐子离地了。
一寸,两寸,三寸……
筐子离地半尺高。
然后,马钧打开气缸底部的排气阀。嗤——蒸汽排出,气缸内压力骤降。大气压力推着活塞缓缓回升,横梁反向倾斜,筐子慢慢落回地面。
一个循环。
虽然慢,虽然抬起的重量不大,虽然蒸汽泄露的嘶嘶声不断……
但它动了。
靠蒸汽的力量,把一百斤石头抬离了地面。
工棚里静了一瞬,然后爆发出巨大的欢呼。
“成了!成了!”
“动了!真动了!”
工匠们跳起来,互相捶打,有人眼泪都出来了。半年了,失败了多少次,今天终于看到这铁疙瘩动起来了。
马钧蹲在机器旁,手摸着还温热的汽锅,肩膀在抖。蒲元仰头哈哈笑,笑得满脸眼泪。左慈捻着乱糟糟的胡子,嘴里念叨:“无量天尊真成了……”
刘朔站在那里,看着那台简陋、笨重、漏气、缓慢的机器,心里百感交集。
这不是他记忆里的蒸汽机。没有呼啸的汽笛,没有飞转的轮子,没有磅礴的力量。
但它是一个起点。
从零到一的起点。
有了这个能动的铁疙瘩,接下来就能改进:更大的汽锅,更好的密封,更高效的结构一点一点,向着真正的蒸汽机靠近。
他走过去,拍拍马钧的肩:“干得好。”
马钧抬头,眼圈红着:“陛下它太慢了,力气也太小”
“不急。”刘朔看着机器,“今天它能抬一百斤,明天就能抬两百斤。今天一个循环要一刻钟,明天就能缩到半刻钟。一步步来。”
他转身,对所有人高声道:“今日之功,人人有赏!这台机器,就叫初号机。纪念咱们从无到有,踏出的第一步!”
欢呼声再次响起。
马钧正蹲在气缸旁边,手里拿着个牛皮缝的小口袋,往活塞和气缸的缝隙里灌细沙。灌一点,转动几下活塞,倒出来看沙粒磨损情况,再用卡尺量缝隙宽度。旁边地上画满了算式,是杨伟帮他算的泄漏量。
“怎么样?”刘朔走过去。
马钧站起来,拍拍手上的沙:“陛下,缝隙最宽处有半根头发丝那么宽。蒸汽压力一大,全从这儿漏了。缠麻绳不行,麻绳受热发脆。裹软木也不行,软木压不实。”
蒲元从炉子那边过来,拎着个新打的活塞:“俺寻思,把活塞做得比气缸稍大一丝,硬砸进去?摩擦是大了,可也许就不漏了。”
左慈在角落里捣鼓他的火药,闻言抬头:“硬砸?那不得卡死?贫道看,不如在活塞上刻凹槽,槽里灌铅。铅软,受热还能膨胀,兴许能堵缝。”
几个人各说各法,谁也说服不了谁。
刘朔没说话,走到那台铁疙瘩前,手放在冰冷的汽锅上。他知道问题在哪——这个时代的材料,撑不起他脑子里的蒸汽机图纸。高压、高温、精密密封,每一样都是坎。
“先不想高压。”他转过身,“咱们退一步。不追求快,不追求力大,只要它能动起来,能干活,行不行?”
几人安静下来。
马钧想了想:“陛下是说像水车那样,慢慢转,能干点轻活就行?”
“对。”刘朔点头,“比如矿山排水,或者灌溉时从低处往高处抽水。不指望它拉车拉船,只要能替代一部分人力畜力,就是成功。”
他捡起根炭笔,在地上画起来:“汽锅不用追求高压,厚实就行。气缸咱们现在能做光滑,但密封难。那就不做精密密封,允许漏一点气,只要大部分蒸汽能推动活塞就行。”
他画了个简单的横梁结构:“动力输出也别搞复杂的曲轴连杆那东西咱们现在做不精密。就用个大横梁,像跷跷板。一头连活塞,一头连要带动的家伙,比如抽水杆。活塞往下走,横梁这头下去,那头就抬起来,把水抽上来。活塞回去,那头下去,水排走。慢是慢,但稳。”
马钧眼睛亮了:“这个好像真能做。”
左慈凑过来:“那密封呢?总得有个法子。”
刘朔沉吟:“活塞用硬木车圆,外面包一层软铅。铅软,受热会微融,能填补缝隙。活塞边缘再缠几圈浸过牛油的麻绳,牛油遇热变稀,能润滑,也能暂时堵缝。活塞杆穿过气缸盖的地方做个小水槽,灌满水,活塞杆从水里过,用水封气。”
蒲元挠头:“铅包木倒是不难打。可铅软,用久了不就磨没了?”
“磨没了再换。”刘朔道,“咱们先要的是能动,再求耐用。”
马钧盯着地上的图,手指在空中比划,嘴里念念有词。突然,他啊了一声。
“陛下,气缸也许有别的法子做。”
“怎么说?”
“无缝钢管咱们造不了,但也许不用钢管。”马钧语速快起来,“我以前帮人铸过铜钟,用失蜡法。先做个蜡模,外面裹泥,烧硬,蜡化了流走,留下空腔,灌铜水。”(失蜡法铸造这是古代制造复杂、精密空心金属件的终极手段,早在战国时期如曾侯乙尊盘就已经非常成熟了。)
他捡起炭笔,在刘朔画的图旁边补充:“咱们要的是空心气缸。那就用蜡做个芯子,粗细就是气缸内径。再在外面裹一层蜡,厚度就是气缸壁厚。然后敷上耐火泥,做成模具。加热,蜡化掉流走,模具里就留下个空心的腔。灌铁水,铸出来就是空心气缸毛坯。”
他越说越兴奋:“铸铁可能有砂眼,不怕。咱们有铣床,铸出来后再上铣床,把内壁铣光滑。外壁不平整也不要紧,能用就行。”
刘朔听着,心里一动。失蜡法铸造空心件这思路确实跳出了“造无缝管”的死胡同。虽然铸铁气缸强度不如锻钢,承受不了高压,但做他刚才说的那种低功率蒸汽机,也许够了。
“试试。”他拍板,“现在就试。”
格物院后面的空地上,很快搭起个临时工棚。
马钧带着几个徒弟做蜡模。蜂蜡加热化开,倒进一个圆木桶里,中间竖着根光滑的铁棒当芯轴。等蜡半凝固,抽出铁棒,桶里就留下个圆柱形的蜡芯。再把蜡液浇上去,裹厚厚一层,晾干,成了个实心蜡柱。
接下来是关键:在蜡柱外面敷耐火泥。泥是特意调的,掺了细沙、麻刀、瓷粉,一层层糊上去,糊到一掌厚。顶上留个浇注口,底下留几个蜡液流出口。
等泥壳阴干,架到火上烤。火不能太猛,怕泥壳裂。慢慢加热,蜡受热融化,从底下的口子淅淅沥沥流出来,流进接的盆里。空气里弥漫着蜂蜡的甜腻味。
烤了一天一夜,泥壳硬了,里面的蜡也流干净了。敲击泥壳,声音发闷,说明里面空了。
蒲元那边准备好了铁水。小熔炉烧得通红,废铁料、生铁块扔进去,化成橘红色的铁水。用长柄铁勺舀出来,对准泥壳的浇注口,缓缓灌进去。
嗤白烟冒起,是泥壳里残留的水汽。铁水灌满,停住。
等冷却,得两天。
这两天里,马钧没闲着。他按刘朔说的,设计那个横梁式动力机构。其实就是个大跷跷板:一根两丈长的硬木梁,中间架在个坚固的支架上,能上下摆动。一头垂下来,准备连活塞杆;另一头也垂下来,准备连抽水杆。简单,笨重,但绝对结实。
左慈在搞密封材料。他试了牛油、羊油、猪油,最后发现猪油黏度合适,冷却后凝固,加热后变稀。又掺了点松香,增加粘性。把麻绳浸透这种油膏,捞出来晾干,缠在木活塞上试试,确实比干麻绳柔韧。
蒲元打了几个木活塞,车得溜圆,外面包上薄铅皮。铅皮是用木槌慢慢敲上去的,紧贴木胎。又按左慈说的,在活塞侧面车出两道浅槽,准备缠油浸麻绳。
两天后,泥壳敲开。
里面的铸铁气缸露出来。黑乎乎的,表面粗糙,有砂眼,但确实是空心的。量尺寸,内径一尺二寸,壁厚一寸半,长三尺。比预想的短了些,但能用。
上铣床。
这回铣床已经调得很稳了。气缸毛坯固定在卡具上,铣刀杆缓缓推进。嗤嗤的铁屑飞溅,内壁的粗糙铸面被一层层啃掉。铣一遍,量一次,再铣。足足铣了六遍,内壁终于光滑了,圆度也够。
接下来是组装。
工棚中央立起个砖石底座,汽锅架上去。这汽锅是之前就做好的,熟铁锻打,像个横放的大桶,有锅筒、烟管、炉门。旁边是铸铁气缸,竖直固定。汽锅和气缸之间,用铜管连接铜皮卷成筒,接口处用铅锡焊料焊死。焊了好几遍,拿水试,不漏。
活塞装进气缸。硬木包铅,侧面缠了两圈油浸麻绳,塞进去有点紧,用木槌轻轻敲到位。活塞杆从气缸顶盖穿出,顶盖上有水封槽,灌上水,活塞杆从中穿过。
横梁架起来。一头用铁链连活塞杆,另一头空着,准备连负载。
所有接口检查一遍,该拧紧的拧紧,该抹油膏的抹油膏。
“点火吧。”刘朔说。
炉门里塞进柴,浇上油,点着。火燃起来,烟从烟囱冒出。汽锅里的水开始热。
工棚里挤满了人。马钧、蒲元、左慈、杨伟、郑浑,还有格物院几乎所有工匠,都屏着呼吸看。只有柴火的噼啪声和汽锅里水渐渐升温的咕嘟声。
半个时辰后,汽锅开始冒蒸汽。嗤嗤的,从各个接缝处漏出来一些,但大部分蒸汽顺着铜管冲进气缸。
气缸顶盖上的压力表指针开始动——那是杨伟设计的简易表,用铜管弯成U形,里面灌水银,一头通气缸,一头通大气。压力变化,水银柱高度就变。
指针颤巍巍升到五的位置(约0.05兆帕)。
“压力够了。”马钧低声道。
他走到横梁空着的那头,挂上一个装石块的筐子,大约一百斤重。
所有人瞪大眼睛。
活塞在气缸里,被蒸汽推动,缓缓向下移动。虽然慢,但确实在动。活塞杆拉动横梁一头,横梁缓缓倾斜,另一头抬起,挂着石块的筐子离地了。
一寸,两寸,三寸……
筐子离地半尺高。
然后,马钧打开气缸底部的排气阀。嗤——蒸汽排出,气缸内压力骤降。大气压力推着活塞缓缓回升,横梁反向倾斜,筐子慢慢落回地面。
一个循环。
虽然慢,虽然抬起的重量不大,虽然蒸汽泄露的嘶嘶声不断……
但它动了。
靠蒸汽的力量,把一百斤石头抬离了地面。
工棚里静了一瞬,然后爆发出巨大的欢呼。
“成了!成了!”
“动了!真动了!”
工匠们跳起来,互相捶打,有人眼泪都出来了。半年了,失败了多少次,今天终于看到这铁疙瘩动起来了。
马钧蹲在机器旁,手摸着还温热的汽锅,肩膀在抖。蒲元仰头哈哈笑,笑得满脸眼泪。左慈捻着乱糟糟的胡子,嘴里念叨:“无量天尊真成了……”
刘朔站在那里,看着那台简陋、笨重、漏气、缓慢的机器,心里百感交集。
这不是他记忆里的蒸汽机。没有呼啸的汽笛,没有飞转的轮子,没有磅礴的力量。
但它是一个起点。
从零到一的起点。
有了这个能动的铁疙瘩,接下来就能改进:更大的汽锅,更好的密封,更高效的结构一点一点,向着真正的蒸汽机靠近。
他走过去,拍拍马钧的肩:“干得好。”
马钧抬头,眼圈红着:“陛下它太慢了,力气也太小”
“不急。”刘朔看着机器,“今天它能抬一百斤,明天就能抬两百斤。今天一个循环要一刻钟,明天就能缩到半刻钟。一步步来。”
他转身,对所有人高声道:“今日之功,人人有赏!这台机器,就叫初号机。纪念咱们从无到有,踏出的第一步!”
欢呼声再次响起。
