第一步,不是直接造机器,而是统一认知和标准。
他用了三天时间,制作了最简易的模型,演示沸水顶起壶盖,解释密封气缸、活塞、连杆、曲轴的基本运动原理。
他反复强调两个词:“压力”与“密封”。
“我们要做的,是一个巨大的、坚固的、密不透风的铁壶,在里面烧水,让水变成气,气推着铁壶里的一个塞子来回动,这个动,通过一根铁连杆和曲轴,变成轮子的转动。”
林天用最直白的语言描述,“最难的不是让它动起来,而是不让气漏掉,不让铁壶炸开,让它一直动下去。”
材料是首当其冲的难关。
锅炉需要承受持续的高温高压,现有的生铁铸件太脆,锻打的黑铁板厚薄不均,连接处更是弱点。
林天决定采用复合结构:内层用能找到的最纯净的黏土混合细石英砂,高温烧制成耐热陶胆,作为与水、汽直接接触的内衬;外层用......
铆接工艺本身,又是一场攻坚。
如何钻孔对正,如何制作烧红的铆钉,如何在外部锤打成头而内部贴合紧密……
失败了一次又一次,第一个勉强合格的锅炉壳体完成时,上面密密麻麻的铆钉像丑陋的伤疤......
气缸和活塞是精度的考验。
没有机床,全靠铁匠的手感和林天的卡尺。
气缸内壁需要尽可能光滑,以减少摩擦和漏气。
他们用磨石蘸着细砂,由臂力最强的工匠一点点手工研磨。
活塞则是实心锻铁,车圆,外圈车出凹槽,填入浸满油脂的石棉绳作为活塞环的原始替代品,同样需要精密匹配。
密封,始终是悬在头顶的利剑。
阀门与调速器是控制的核心。
进汽阀、排汽阀需要灵活、可靠、耐高温。
最初用简单的提动阀,但很快发现容易卡死或泄漏。
林天设计了滑阀的简化版,用磨光的青铜片在铸铁阀体内滑动,通过一个凸轮轴与曲轴连接,自动控制开合时序。
最让工匠们觉得神奇的是那个“自己会动的平衡球”——离心调速器。
两个青铜小球,通过连杆与蒸汽机主轴相连,转速快时小球飞起,带动套筒上移,部分关闭进汽阀;转速慢时小球落下,进汽阀开大。
这套看似精巧的联动,花了无数时间调试,才勉强能工作。
安全阀是生命的保障。
林天绝不敢省略。
一个杠杆式安全阀,配重经过仔细计算,当锅炉压力超过极限时,顶起阀门,泄放蒸汽,发出尖锐的啸叫。
他规定,任何情况下,安全阀不得被绑死或加重。
组装的日子,工坊里鸦雀无声。
巨大的锅炉被吊装到位,连接着粗大的进水管和出汽管。
气缸竖直矗立,活塞连杆与那根精心锻造、已经安装在巨大铸铁底座上的曲轴连接。
飞轮是一个厚重的石制圆盘,边缘嵌了铁箍以增加惯性。
一切管线连接完毕,用亚麻和铅丹(红铅)混合的腻子密封接口。
第一次点火试运行,几乎所有人都退到了工坊外,只留下林天和几个胆大的核心工匠。
炉膛里,干燥的松木熊熊燃烧,火光透过石缝映照着众人紧张的脸。
手动水泵开始向锅炉注水。
水位计显示水位逐渐上升。
时间一点点过去。
工坊内开始弥漫着水被加热的湿润气息,然后是越来越清晰的、水在密闭空间里受热膨胀的细微“咕嘟”声。
压力表的指针开始极其缓慢地向右偏移。
林天全神贯注,耳朵捕捉着锅炉和管线的每一点异响,眼睛盯着压力表、水位计,以及各个连接处。
工匠们屏住呼吸,手心里全是汗。
压力达到了预定的、较低的第一个测试点。
“开进汽阀!”林天沉声道。
操作工匠颤抖着手,扳动滑阀的控制杆。
“嗤——!”
一股灼热的白汽从气缸的进汽口冲入,伴随着巨大的、金属摩擦的呻吟。
活塞猛地向上一震!
连杆拉动,曲轴极其艰涩地转动了不到十分之一圈,然后……卡住了。
白汽从气缸与活塞的缝隙、从滑阀边缘、从好几处管连接处猛烈地喷泄出来,工坊瞬间被滚烫的蒸汽笼罩,视线一片模糊,咳嗽声四起。
第一次尝试,失败。
泄漏远比预想的严重,摩擦阻力巨大。
没有气馁,这本在意料之中。
撤火,降温,检修。
加强活塞密封,重新研磨气缸局部,紧固每一个螺栓,加厚密封腻子……每一次改进都微小到令人沮丧,但林天始终冷静,指挥若定。
黑石首领最初的些许自得早已消失,取而代之的是深深的敬畏——他第一次如此直观地感受到,将一种“想法”变成实实在在的、如此复杂而暴烈的机械,需要何等的耐心、严谨和对失败的无尽包容。
第三次点火。
泄漏声明显减小,活塞运动变得顺畅了一些,曲轴带着飞轮,颤巍巍地完成了第一次完整的旋转!
“动了!它动了!”一个年轻工匠忍不住喊了出来,随即被老师傅瞪了回去。
但转速极不稳定,时快时慢,像喘息的病牛。
调速器反应迟钝,联动机构涩滞。
第七次点火。
经过对滑阀时序的精细调整和对调速器配重的反复校准,那石制飞轮的旋转,终于变得平稳、有力起来。
嗡嗡的、带着金属摩擦与蒸汽喷吐节奏的轰鸣声,充满了工坊。
连杆规律地起伏,曲轴坚定地旋转,将灼热蒸汽的力量,持续不断地转化为圆周运动。
成功了!
工坊内外,爆发出震天的欢呼!
黑石首领冲进来,不顾扑面而来的热浪,看着那自行运转的钢铁结构,看着飞轮带动的、林天预先连接好的一台简易矿石破碎锤正在自动地、一下下砸在石头上,他激动得满脸通红,说不出话来。
林天脸上却没什么狂喜,只有深深的疲惫和依然紧锁的眉头。
他走近仍在轰鸣的机器,仔细听着,看着。
泄漏依然存在,只是控制在可接受范围;噪音巨大;效率低下;燃料消耗惊人……问题一大堆。