看著堆成山的柳條箱子,蘇頌道:“這三年來,留在永城的那臺機器我用心良多,然而并沒有多大的收獲。現在燒同樣的煤,力氣比以前大了兩三倍,然而無論用什么辦法,還是這樣的龐然大物。這種東西只用能在船上,若是用來制車,什么路都壓壞了。”
從杜中宵制第一個蒸汽機的模型,到現在已經十年了。不但是杜中宵、蘇頌和韓絳等人,還有其他一些對機器感興趣的文人,更有許多能干巧匠,加入到對機器的改進中。
這個時代的人,其實還是有很多對這些有興趣,愿意投身其中的。不過技術很少跟工農業相關,更多的是用在天文儀器這些高大上的項目中。天文儀器更加精密,而且不惜工本,很多機械機構被發明出來。
不過十年時間,蒸汽機的發展遇到了瓶頸。一是太過于沉重,要么固定在一個地方不動,要么就只能安裝在船上。就像現在汴河上用的,一艘大船就裝一臺機器,貨船都做不了,只能當拖船。水運受自然條件的限制太多,大家一心想的,是用這機器制車,能夠在路上跑。二是功率太小,偌大的機器,真正制成車,也拉不了多少貨物。
杜中宵也曾經想造一段鐵路,用蒸汽機拉火車,慢慢進行試驗。可鐵從哪里來?鋪在哪里?更不要說功率太小,拉的貨物太少,還不如馬車呢。這機器真正要想實用,必須要更大的功率,減小體積,不然就只能是個原理機,供人研究而已。
現在最大的問題,是使用了高溫高壓蒸汽之后,管道的密閉。汴河車船上用的是小牛皮和毛氈,高溫之下老化得非常快,跑一趟就要進行檢修,把所有的密封墊片換一遍。繁忙的汴河可以這樣做,對朝廷來說成本可以承受,其他用途就難了。
看著蘇頌一副有心無力的樣子,杜中宵也有些無奈。自己是中人之資,能有現在的成績,就已經耗費了無數心血,天天搜腸刮肚找記憶中的知識。蘇頌這種人可是天才,不說這個時代,數千年來都是數得著的。如果他也能受自己所接受的教育,汽車、飛機說不定都可以搞出來,蒸汽機又算什么。
蘇頌都覺得改進艱難了,如果沒有大的突破,很可能這機器真地已到時代的局限。
兩人討論了一會現在機器遇到的瓶頸,杜中宵道:“現在管里的水汽,溫度太高,壓力太大,密封不易。而如果不如此,則機器龐大,力氣太小,此是兩難。年初時候貝州之亂,我帶了火炮前去助陣,幫著破城。從那時起便就想著火槍火炮,一樣是彈丸和膛管密閉不嚴,射得不夠遠,威力不夠大。苦思冥想了幾個月,終于想出一個辦法。就是彈丸不用圓的,而是后面帶個尾片,火藥引燃之后,用里面的氣把尾片壓開,封閉膛管。這些日子試了試,果然有用,只是還不能實用。”
火炮和火槍的射程,主要跟充足的火藥爆燃之后的壓力即膛壓有關,還跟膛管長度即壓力做功的距離有關。所以增大射程的方法,加大口徑其實沒有多大用處,增加槍管和炮管長度更加有效。再一個,發射時彈丸和膛管密閉越好,膛壓越高,也能增加射程。杜中宵試驗了很多辦法,想起前世的子彈炮彈后面其實是有個窩的,受到啟發,才想起彈丸后面如果能設計這樣一個結構,用火藥壓力讓其變形,從而實現封閉,可以提高膛壓。現在還是一個設想,真正實用,尚需時日。
見蘇頌一副茫然的表情,顯然不知道火炮跟蒸汽機有什么關系,杜中宵笑道:“一樣的道理,過蒸汽的管道,里面高壓。如果密封的時候,不用皮墊而用銅墊,讓水汽把銅片壓緊在管壁上,是不是就能密閉呢?銅墊可比皮墊強得多了,水汽里經年累月,也不會老化不能用。”
蘇頌點了點頭,終于明白了杜中宵的意思。
后世蒸汽機密封是使用橡膠的,并不是只能用橡膠密封,而是橡膠能在高溫高濕環境下耐老化。只要舍得下本錢,經常更換,牛皮和毛氈一樣可以密封。實際上常溫條件下,對油密封毛氈比橡膠用得更加廣泛。現在沒有橡膠,有沒有其他辦法?用金屬唄,無非是成本高一些。
常壓條件下,金屬片沒什么密封作用,但在高壓下就不同了。壓力越高,密封效果越好,金屬密封會成為主流。對于銅片來說,其實現在蒸汽機的壓力還是有些低,但可以配合毛氈,從而取代容易老化的小牛皮。毛氈是蒸煮處理過的,可以耐高溫蒸汽。
這種復雜的機器,其實有數清的這種技術細節,有的很容易,一說就解決了。有的則因為知識比較冷門,偶情況下才能想起解決辦法。憑著記憶,在這個年代做蒸汽機其實比歷史上的瓦特容易得多,不需要顧及專利,不需要考慮利潤,只是解決個有無問題。而且杜中宵前世是跟機器打交道的,見過了無數成熟的結構,只要一一想起來,推而廣之,就有無窮用處。
取出一小片銅片,杜中宵對蘇頌道:“便是此物。此一面凹下去,裝的時候向外。另一面外凸,裝的時候向內。管道里面有水汽,就會把銅片壓平,緊緊貼在壁上,從而密封。”
如果管道里通過的是常壓液體和氣體,銅片是沒有密封作用的,內部壓力越高,密封效果越好越可靠。用這種辦法,還可以進一步提高蒸汽壓力。
把銅片拿在手里,蘇頌用手按著試了試,笑道:“待曉巧思,能想出這種辦法,可以一試!”
杜中宵心里苦笑,什么巧思,這種結構想起來了,才回憶起其實稀松平常。只要是高壓液體這種結構自己見得多了,水泵之類非常常見,只是沒有想起來罷了。推而廣之,其實還可以配合螺紋,不管是水龍頭還是螺帽。螺紋不只是好拆卸,其實也是一種密封方式,為迷宮密封。
很多常見的機械結構,不是設計的人,很難搞清其原理是什么。真正搞清了原理,可以用到很多地方。只要見得多,大量難題其實就是腦筋轉一下彎,想不起來,只是下的功夫不夠。
對于杜中宵來說,解決了高壓蒸汽的密封難題,相當于推開了一扇門。其實自己知道得足夠多,基本的機械,其實用不到高精尖的知識,不然當年的發明者怎么做得出來?最早做出來的,必然是非常簡陋的,后來隨著時間的推移,技術人員一點一點改進得更高明。
螺紋螺帽能不能做出來?以前杜中宵會覺得很難。沒有機床,怎么車螺紋?現在就覺得很簡單。不說單一功能的機床制造不難,不用機床也可以制螺紋啊,并不需要精確。先用手工造個螺桿出來,再用造出的螺桿直接把螺帽套出來,無非是螺帽的硬度比螺桿小罷了。如果再加上熱處理,不同的硬度系列,大量生產螺絲也做得到。無非是不同地方做出來的,不能通用罷了,那又有什么關系?