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欧皇崛起 第238章 阿达的蒸汽机

时间:2017-10-16作者:太上老牛

    1502年秋收的时候,马林在麦地里,曾经委托达芬奇去研发蒸汽机。当时,马林随手画了一张蒸汽机原理图,交给阿达,便撒手不管了。

    如今,一年多过去了,正好马林想起来,塔拉铅锌矿深度高达50米,可能需要抽水。所以,达芬奇的蒸汽机,就显得很重要了。

    不管怎么说,机械抽水,总比人抽水要快多了,哪怕是最低级的蒸汽机。实际上,蒸汽机在早期,也就是17世纪末和18世纪初的时候,就是用来给煤矿抽水用的,没别的用途。

    直到后来瓦特改良了纽科门蒸汽机,采用了分离冷凝器和循环系统,降低了水量消耗。而且,还搞出了一套“太阳与行星”的曲柄齿轮传动系统,才把蒸汽机的往复运动,转化为旋转运动,为蒸汽机成为动力机奠定了基础……

    “哎呀,糟了,我没把‘太阳与行星’曲柄齿轮传动系统的图样画给阿达,难怪他到现在还没出成果……”马林懊悔地一拍脑袋,想起来,自己忘记把蒸汽机非常重要的把往复运动转化为旋转运动的传动系统画给达芬奇了。

    达芬奇再聪明,也只是个15世纪中叶到16世纪初的人。因为教廷的思想束缚,使得他不敢和别人交流先进科学知识,有些闭门造车,未必能想出这套传动系统来。

    当时,马林因为事儿多,又要想着和丹麦打仗,随手画的蒸汽机原理图,是最原始的单缸立式蒸汽机。而且,只画了蒸汽机缸体部分和简单注释了活塞运动的原理。其余部分,都没有涉及。估计,有阿达烦恼的。

    果然,当马林赶到达芬奇的实验室时,看到的是一个上下摇摆的很土鳖的蒸汽机,而且,运行速度很慢地在那上下摆动。至于什么曲柄齿轮传动系统,那是没有的。【】

    达芬奇正紧锁眉头,在考虑如何把蒸汽机运行速度变得飞快呢。因为,当初马林和他说过,要让机器转动,而且运行速度飞快。

    这也是马林的认识上的问题了,实际上,在现代,不管是电器还是内燃机,转动速度都是飞快的。

    然而,在蒸汽机出现的早期,蒸汽机的运行速度就是很慢的。瓦特发明的蒸汽机,效率比纽科门蒸汽机高多了,但转速也只有每分钟四五十转。而马林穿越前的现代,一台电风扇,随随便便每分钟都能转上500到1500转,完全没法比的。即使到了20世纪初,蒸汽机转速也才达到每分钟100到300转。所以,是马林苛求了,而不是达芬奇做的不够好。

    接着,达芬奇很详细地向马林讲解了他弄出来的蒸汽机的结构和原理……

    这台蒸汽机的原理非常简单,就是最下面一个锅炉,烧的蒸汽,直往上窜。当蒸汽达到一定的浓度,形成一定的气压后,会冲破顶部一个活动阀门,进入上面的汽缸内,把压在底部的活塞往上顶。

    当活塞被顶到一定高度的时候,汽缸侧面会有一个开口,让高压蒸汽泄露掉。这样,汽缸内的气压一下子放空了。在重力作用下,活塞会回落。同时,锅炉和汽缸间的阀门也会闭合。

    通过活塞的一起一落,活塞顶部连着的一个类似平衡杆的一端,会在活塞的带动下,使得另一端的一根木杆上下运动。当然,若是有了瓦特发明的“太阳和行星”曲柄齿轮传动系统,这根连杆就不会是上下直线运动了,而是会通过传动系统,带动一个轮子转动。

    另外,因为活塞在上升到顶部时,会有一个开口把蒸汽都释放掉。而水蒸气就是水汽化而成的。因此,锅炉里的水,也随着水蒸气的施放而减少了。若是不补充水,可能会让锅炉烧干了,然后发生爆炸。

    因此,达芬奇在汽缸底部侧边,设计了一个给水系统。这个给水系统的管道里,同样有一个活动阀门。而且,给水系统的水容器,设置得较高,有一定的水压。当汽缸内压力较大时,给水系统的阀门是关闭的。但是,当活塞升到最高,汽缸里的蒸汽忽然被施放时,汽缸李的气压急剧降低。这时,给水系统的水压超过汽缸的气压,然后,阀门松动,会喷出少量的水进入汽缸,之后被活塞压入锅炉里,算是加了水。

    马林听了整个结构的介绍后,发现——这么特么就是一个纽科门蒸汽机啊……

    虽然说,这个设计的确巧妙。但是,有个问题,就是给锅炉加水,其实不能在上面加。因为,锅炉里的蒸汽,都是水面形成的。从上面加水,必然会让锅炉里的水上层表面的温度被降低,影响蒸汽的生成。

    所以,马林记得,后世的蒸汽循环系统,一般都是在锅炉侧下位置,给锅炉加水的。这样,不会降低锅炉里水的最上层的温度,不影响水蒸气的大量生成。

    而纽科门蒸汽机的缺点就在于此,从上面加水,会降低表层热水的温度,减少水蒸气的生成。这样一来,蒸汽机的水蒸气量受到了影响,功率和运行速度就都降低了。

    而后来搞出来的从侧下面加水,不但可以避免表层水温度降低的问题。而且,把冷水加入下面,更加靠近燃烧室,也更能快速地被加热。

    “对啊,水蒸气循环系统……”马林一拍脑袋,想起了这个蒸汽机的缺点在哪儿了。

    瓦特改造纽科门蒸汽机,最重要的就是两点——第一是添加了“太阳和行星”曲柄齿轮传动系统,使得蒸汽机的运行,从往复式运动,转化成了实用的转动;第二就是,添加了一个带有分离式冷凝器的水循环系统。

    当蒸汽机上端的水蒸气泄露出去后,不是直接排到空气中,而是通过一个管道,进入一个管道周围全是冷水的冷凝器里。为了增加冷却接触面积,浸泡在冷凝器水中的管道,一般设计成弯曲的,以强化冷凝器的冷凝效果。而且,冷凝器里的水,是经常更换的。一旦热了,就会换成冷水。而且,冷凝用水,要求不高,啥水都可以,海水也成。不像锅炉里的水,为了防止结垢影响效率,一般都使用洁净的淡水。

    水蒸气在冷凝器里凝结成水后,会通过一个管道,连通锅炉侧下方,将冷却好的水,送入锅炉里,形成一个循环。这样一来,锅炉里的水,基本就不怎么损耗了。而锅炉,也不需要经常从外面加水。毕竟,从外部加水,很容易让热起来的锅炉冷却下去,影响蒸汽机效率。

    不过,也不是说有了这个冷凝循环系统后,就不用加水了。因为,汽缸的活塞,不是百分百密封的。做功的时候,也会有少部分蒸汽,从汽缸和活塞间的空隙里逸散出去。

    所以,即使有了冷凝循环系统。过一段时间,锅炉还是要从外部加一次水的。就像当初的绿皮老火车,靠站的时候,就经常要加水。锅炉的水要加,冷却水同样要加。

    因此,为了锅炉安全不爆炸,锅炉侧壁,一般会使用耐高温的玻璃,或者其他仪器,显示锅炉里的水位。一旦锅炉里的水位降低到了危险程度,为了防止爆炸,就需要暂时停机,把锅炉里的水加满。

    马林把以前初中时物理老师给讲的瓦特蒸汽机的两个重要改进讲给了达芬奇听,把达芬奇听傻了。然后,这老头仰天长叹:

    “老夫一直以为自己是世界上最聪明的人,没想到啊,那个叫瓦特的家伙,居然比老夫还牛……”说着,达芬奇眼眶居然湿润了。显然,这货被打击到了。

    马林忍着笑,对达芬奇说道:

    “好了,阿达,别灰心。每个人都有自己的特长,那个瓦特,也就是蒸汽机上比你厉害罢了。比画画,你肯定比他强的!”

    听马林这么一说,备受打击的达芬奇,才好受一些。然后,根据马林的思路,对蒸汽机进行了“瓦特”化……

    不过,马林清楚地记得,瓦特蒸汽机上,还有一个离心式调速器的,是用来控制蒸汽机转速稳定的。

    但是,马林上辈子的初中物理老师没有讲这个原理,所以,马林也不懂。毕竟,他又不是机械系毕业的,只是个物理学的还不错的文科生而已。

    这样一来,蒸汽机的转速,可能有些不稳定。但管他呢,蒸汽机要求本来就不高,速度不稳就不稳吧。

    但本着“能做好最好”的原则,马林简单地向达芬奇阐述了离心式调速器的原理,大概就是一个锥摆,连接蒸汽阀门,以控制蒸汽输出的速度……反正,马林把这个难题留给达芬奇了……上位者嘛,就要学会把问题丢给臣属……要是自己啥都干,铁定是诸葛亮过劳死的下场……

    等到瓦特式蒸汽机面世了,那么,用来抽水就容易了。到时候,马林再把阿基米德螺旋拿出来,弄成螺旋式抽水泵,用来抽塔拉铅锌矿的地下水,不要太实用哦……
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