画完后,他退后两步,看着这幅完整的结构图,沉默了很久。
然后他提起笔,在每一个部件旁边圈出一个红圈,圈旁写上问题:
“锅炉,承压极限未知,需测试壁厚与压力关系。”
“气缸,内壁精度不足,需改进镗床。”
“活塞密封,铜环膨胀量难控,需寻找自紧方案。”
“滑阀,长期运转磨损未知,需测试寿命。”
“偏轮连杆,转速提升后振动加剧,需重新计算偏心距。”
“冷凝水,注水量与时序需进一步优化。”
“燃料,需测试煤、炭、柴不同燃料的热值。”
“排气,废汽余热利用。”
“润滑,运动部件磨损加剧,需寻找减磨方案。”
“......”
他一口气写了十八条问题,密密麻麻地铺满了整张纸的空白处。
写完最后一个字,他搁下笔,转过身,看着方桌前的六个人。
“陛下给了咱们三年时间,但我知道,这是大明的国之重器,所以我想在半年内完成这十八个问题的攻克。”
“所以,我决定把这十八条问题,分成七条路,每人负责一条。能并行就并行,不能并行就集中兵力攻最难的那几个。”
“十八条?”
薄珏手里拿着那本《力学初解》。
他走到大纸前,扫了一眼那些红圈,然后指着其中两条:“密封问题归我。还有气缸内壁精度,我也能帮忙。”
孙和鼎站起来,走到纸前,指着气缸内壁那一条:“这个我们三兄弟来。我父亲留下的镗床图纸,有一处改进我一直想做,正好用上。”
宋应星沉默了片刻,然后指着锅炉安全和燃料问题:“这两个归我。”
他顿了顿,又补了一句:“陛下在《热学初解》里写了薄壁圆筒的承压计算公式。我想试试,能不能用它算出一个安全的锅炉壁厚。”
萨默塞特站起来,走到纸前,指着排气和冷凝效率:“这个,我来。”
张焘看了一眼纸上的标注,默默指了指润滑和滑阀磨损。
分工既定,六个人各自散去。
堂中只剩下王徵一个人。
他站在那幅大纸前,看着上面密密麻麻的标注和红圈,沉默了很长时间。
十八条问题。
半年的时间。
这不是一项简单的任务,不是在原有的机器上修修补补,而是要从头到尾,把每一个部件都拆开、研究透、重新设计。
这是要把一台实验机,变成一台真正能用的机器。
他忽然想起三十年前,邓玉函离开扬州时对他说过的一句话:“王公,泰西的学者们相信,有朝一日,人能造出一种机器。这种机器不吃草料,不知疲倦,能代替牛马、代替人力,甚至代替风和水。”
当时他以为这是天方夜谭。
现在他站在这里,看着面前这张画满了零件和公式的图纸,忽然觉得那一天,或许不会太远了。
他深吸一口气,拿起炭笔,在纸的最上方写下六个字:
“大明神威二号。”
......
薄珏回到作坊时,副手王哲正蹲在门口啃馒头。
看见先生回来,她连忙站起来,拍了拍膝盖上的馒头渣:“先生,又要开始了吗?”
薄珏没有回答,径直走到工作台前。
台上摊着那台神威一号的活塞。
活塞是铜铸的,外径和气缸内径之间留了约莫半分的间隙。
这个间隙是防止活塞在高温下膨胀卡死而预留的。
薄珏盯着那个间隙,眉头拧成了一个疙瘩。
间隙留小了,活塞一受热就卡死。
间隙留大了,蒸汽就会从间隙漏过去,压力白白损失。
他在苏州造望远镜时遇到过类似的问题。
镜片和镜筒之间的配合,既要保证镜片不晃动,又要留出热胀冷缩的余地。
但他的望远镜不需要承受两个大气压的压力,也不需要每分钟往复十几次的运动。
蒸汽机的活塞不一样。
它要在高温高压下连续运动,不能卡死,也不能漏气。
这是两个相互矛盾的要求。
薄珏放下活塞,翻开《力学初解》,翻到热应力与材料膨胀这一章。
这一章是陛下亲笔写的,字迹不算漂亮,但条理极为清晰。
文中也有朱友俭不确定的地方,但都有标注,这些都得薄珏自己实验去证明可行性。
开篇第一段就击中了他:
“凡物受热则胀,受冷则缩。”
“其胀缩多寡,视材质而异。”
“铜受热百,胀约千分之一。铁受热百,胀亦千分之一。石受热百,胀殆不可察。”
“是以机械设计,必先查材性,计胀缩之量,留伸缩之余。”
“不留则胀死,留多则泄气。此热机之第一难题也。”
薄珏把这段话来回看了三遍。
然后他提起笔,在纸上开始计算。
铜的膨胀率是千分之一每百度。
蒸汽机的正常工作温度,按锅炉两个大气压算,约莫一百二十度。
活塞的直径是十八寸。
十八寸的铜,从常温升到一百二十度,膨胀量是多少?
他在纸上列了一个算式,算出了结果:约莫二十二丝。
二十二丝。
这个数字很小,小到肉眼几乎看不出来。
但足够让活塞在气缸里卡死。
他放下笔,盯着那个数字看了很久。
必须找到一种方法,让活塞在常温下能装进气缸,在高温下又能自动贴合气缸壁,不留间隙,也不会卡死。
他站起身,走到墙角那堆废料堆里,翻出一块铜板,又找到几块不同厚度的铜片。
然后他回到工作台前,开始动手做第一个模型。
他先车了一个小铜环,外径比气缸内径小半分。
然后他取出一块薄铜片,厚度约莫五丝,用剪刀剪成一个圆环,套在小铜环外面。
两层铜环叠在一起,用铆钉固定住。
他把这个双层铜环装进气缸,用手推了推。
松得很,间隙太大。
他又加了一层铜片,再试。
还是松。
再加一层。
这回塞不进去了。
他把三层铜环拆下来,仔细看了看铜片的边缘。
铜片是用剪刀剪的,边缘有些毛刺。
毛刺在装进气缸时被压弯了,导致了额外的摩擦。
薄珏放下铜环,靠在椅背上,闭了一会儿眼。
他需要一种能让铜环自动贴紧气缸壁的方法。