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第五章 重工业的雏形

艾利顿重重的敲了敲黑板。三下。

“所以你们把矮人出产的蒸汽机买回来之后,竟然大胆的进行了拆解?”艾利顿指着黑板上已经有了一些雏形的草图,问在下面坐着的汉斯。

二者之间,是已经被削开的一大堆零件。

“是的,殿下。这件事是我主张的,您要惩罚的话,就惩罚我吧。”汉斯环视了一圈,硬着头皮站了出来。

在他看来,私自拆解重金购买的新科技几乎就是重罪,这和盗窃国库是一个道理,而且还是在根据地的财政如此紧张的前提下。

“你为什么要这么做?”艾利顿面无表情的看着眼前已经花白头发,两手油渍黑黑的机械师。

“我……我觉得……好奇,就跟一种瘾一样!”汉斯犹豫了一下,但最终还是勇敢的抬起头对上艾利顿的眼神。

“我愿意为此负责,殿下。因此而损失的金币,我会想办法的……”在一旁站立的波特兰刚想说话,就看到艾利顿举手示意打断了他。

“你做的很好。”艾利顿的话简直让其他人怀疑自己是否听错了。

“对于科学和技术的渴望就应当上瘾,难道还有比这个更能令人满足的吗?”艾利顿微笑着对汉斯点了点头。

“那么你说说,矮人蒸汽机的原理是什么?”艾利顿示意大家坐下,然后点了汉斯的名。

“额……是这样的。”汉斯在听到艾利顿的夸奖之后,忽然觉得有些手足无措。

“我们这次买的是用来矿山抽水的设备。这种机器可以很大程度上节省人力。”说起机械,汉斯慢慢的平复了情绪。

“我觉得矮人的想法是利用热能将水蒸发,然后在水蒸气冷却的过程中,产生压力,从而将水抽取上来。”

“很好,你的研究大体上是对的。”艾利顿赞赏的点了点头。

“继续。”艾利顿指了指黑板上的粗陋的设计。

“这个运行过程如下:首先蒸气进入一个蒸气储罐中,然后关闭蒸气进口,随后用水将蒸气储罐内的蒸气冷却,变为冷凝水。蒸气冷却后形成的真空可以用于将水从水井中抽吸上来。吸上的水充满蒸气储罐,随后通过排水阀排出。随后蒸气再次通入储罐,重新开始下一个循环。”汉斯清了清嗓子,说完了自己的想法。

“很好,这种蒸汽机的突出贡献就是不直接利用蒸汽动能而采用蒸汽相变过程进行做工,而为了连续使用这种相变过程,整个过程必须以往复循环的形式进行下去。”艾利顿简单的做了总结。

艾利顿其实很清楚,这个原理就是初代蒸汽机的核心秘密。其实后来的各种蒸汽机,甚至是汽车发动机都没有摆脱这一点。在艾利顿的前世,这种蒸汽机的名字其实叫塞维利蒸气机。它的主要缺点还是过程不连续,在没有自控的年代,蒸气阀与进水阀的启闭都要靠人工完成,一个运行周期耗时非常长,蒸汽机效率极端低下。

“你怎么看这种蒸汽机?”艾利顿在汉斯的眼中看出了一种科学家的野心。

“我觉得,这种蒸汽机的用途可能……比较局限。而且,效率比较低。”看着艾利顿鼓励的眼神,汉斯大胆的将自己的想法说了出来。

“但我其实想了很久,没有想出很么好主意。”

“恩,你已经做的很好了。”艾利顿拍了拍汉斯的肩膀,要知道这种蒸汽机的迭代时间动辄都是几十年上百年,每一次的改进都是一次极大的进步。汉斯能够提出这个疑问,已经表明他走在了解决问题的路上了。

早期的蒸汽机本身就是效率低下,为了解决这一个问题,另一个经典的结构诞生了,那就是活塞。实际上活塞的提出要早于塞维利蒸汽机,有一个物理学家丹尼斯.巴本首先发明了高压锅和安全阀,在同时他也提出了采用蒸气直接推动活塞的构想。可是非常遗憾的是,这种构想在当时仍然过分超前了,因为活塞与气缸间的密封对于当时的人类是一个困难的课题,因为当时的加工精度不足,活塞与气缸间的间隙非常大,活塞漏气严重。时间到了1712年,活塞的加工才稍微有了点进步,英国的一个铁匠,托马斯-纽可门发明了所谓纽可门蒸汽机。

纽可门蒸气机实验了活塞的高效运行,相对于塞维利蒸汽机纯人工操作,纽可门蒸汽机每分钟可以往返16次,效率大大提高。

这些都是蒸汽机的前世,直到大牛人瓦特的横空出世,才在蒸汽机在科技史上名垂前世。

首先,纽可门蒸汽机最大的问题在于蒸气的冷却过程,这个过程和蒸气膨胀过程竟然是在一个气缸内完成的。由于喷水冷却气缸内的蒸汽,导致气缸内温度降低,而新通入气缸内的蒸气首先要将气缸加热,而后来喷水冷却过程又要将蒸气和已经加热的气缸冷却,这样一冷一热之间就额外导致了热量的损失。于是很自然的,瓦特想到把蒸汽机分成两部分,一个是做工用的气缸,一个是用于冷却蒸气冷凝器。

纽可门蒸汽机的第二个缺点是,这种蒸汽机无法作为动力机使用,因为活塞是往复运动,以来一回跑的是冤枉路,没有位移,所以这种设备只能用于提水。瓦特还想把蒸汽机改一改,当时这个时候因为研发工作耗资巨大,他的投资人也快破产了。不过他始终坚信蒸汽机是有前途的。历史上的瓦特在一系列失败后认识到,必须改变活塞只能做直线往复运动,才能让蒸汽机有更广阔的应用。终于,瓦特想出了一个具有革命性的结构,那就是曲柄传动。曲柄传动的作用是将活塞的直线运动转化为了转动运动,这一个改进终于能让蒸汽机可以驱动转动机械了,比如说轮子。

如果说这样的成就可以让那个大神瓦特止步,那就太小瞧大神了。随后,瓦特又对蒸汽机进行了改进,采用了双气缸联动装置双气缸联动装置,可以让蒸气交替推动活塞的前行与退行,整个过程完全自动化,活塞的运动频率进一步提高,这是瓦特蒸汽机的第三个改进。至此瓦特大神才真正咸鱼翻身走上人生巅峰。至于离心调速器和蒸气调节阀就是后来巅峰上的序曲了。

艾利顿回顾了蒸汽机的发明史,看着眼前被拆成稀巴烂的零件,他忽然感到自己可能已经站在艾泽拉斯大陆科技发展史上的一个拐点上了。

矮人能够把这种蒸汽机卖向全大陆,就说明他们的科技很有可能会领先一代。根据历史的发展,也就是处在大神瓦特之前的纽可门蒸汽机这一代。矮人很可能通过活塞的运用,刚刚攻克气密性的技术的壁垒。

这个技术阶段离真正的大神级蒸汽机还差的十万八千里呢!就这么一代老古董级的玩意,竟然特么卖一千个金币!这根抢劫有什么区别?

“既然这样,就有我来再现瓦特大神的威名吧!”艾利顿得意的想到。矮人一定在之前做了大量的市场建立工作,这几乎就是为艾利顿在铺路。

“说到底,蒸汽机就是个烧开水,让水蒸气膨胀,因而可以在气缸内做线运动,然后通过一定的机械结构把线运动转化成圆运动的机器。”

“那么,汉斯。”艾利顿终于在冥思中抬起头。这让一直紧张的老汉斯汗流浃背。

“你继续做研究吧,不过,我要给你一个更好的设计。”艾利顿伸了一下懒腰。

“好的!主人。”看着信心满满的艾利顿,汉斯的脸上笑出了花。连他自己都不清楚,现在的自己活脱脱像一个“舔狗”。但就算他知道,估计也不会在乎。

如果一个瘾特别大的货,忽然看到“绝命毒师”的出现,换一个人也会这么看主人的。“舔狗”就“舔狗”,WHOCEAR!

太阳落山后,艾利顿依旧在自己办公室内奋笔疾书。

很显然,他想从无到有设计出一个蒸汽机来。

一个最简单的蒸汽机需要的组件,直观地来说,最基本的,就是一个烧水的容器也就是锅炉、一个含活塞的汽缸、分流盒,有时也会内嵌在气缸内成为滑阀室、传动装置和飞轮。分一下类,大致可以看作为容器、管道、滑动组件(活塞和滑阀)、连杆和轮子的组合。

但想到这些组成,并不代表就能设计出一个好的,可以变成实物的图纸。因为这些组件的背后都是科技的力量。

首先是容器和管道,这两个部分都只需要静态地“装东西”,而不需要自身做机械运动,所以要求比较低,只需要结实耐用、耐得住不算太高的高温就可以。至于材质的话,需要用钢材来做蒸汽机。

现在,艾利顿手里已经有了初步的炼钢基地,但现代化的炼钢手段还没有完全成型。

现代由生铁炼钢的主要技术即是“转炉炼钢”,是将氧气吹入铁水中,让杂质氧化的方法。其实即是与炒钢法一脉相承的办法。此外,还有一大主流是平炉炼钢,就是把废钢、熟铁和铁矿石、生铁扔一个炉子里,让它们的碳互补,则是夹钢法的继承者。转炉快,平炉则可以更多使用废钢。土法炼钢要在这两个中选择一个的话,应该是平炉更合适。主要是转炉需要纯氧,而纯氧的制取有涉及到了超低温制冷,实在有点为难人。如果使用空气转炉,那么空气中大半无用的氮气会浪费大量热。本来碳硫磷的燃烧会放热,使用纯氧时,不需要额外的能量,冶炼过程可以自发地进行下去。

因此,艾利顿发现,黑铁矮人在这一点上有很巧妙的设计。火山熔炼钢铁首先解决了温度的问题,其次是由于火山壁上特殊的孔道设计,由于火山中部的气流向上,则侧部的通风道便可以源源不断的将外部的新鲜空气送入,这样就有了几乎是天然的氧气口。

所以,艾利顿现在手里有了钢铁的来源。现在,是时候举起工业革命的大锤,将旧社会打个稀巴烂的时候了。

于是艾利顿信心满满的在图纸上画了起来。

其实,画一个已有的、著名的蒸汽机的设计图,对已经开启泰坦智慧的艾利顿来说简直就是轻而易举。

但当艾利顿把精美的蒸汽机的图纸设计出来以后,忽然发现了一个致命的问题。

这个蒸汽机让谁来做?

难不成要用手工强行敲打出来吗?精度如何保证?气密性如何实现?

一个对月大部分穿越者来说的送命题摆在了艾利顿的面前。并不是所有的穿越者都会有好的下场,即使是具有大量现代知识的专家也不一定能在穿越的光怪陆离中幸存下来。因为现实就是现实,即使你一身屠龙术,没有现代化的精工业,你还是啥也做不出来。

“我勒个擦,为了吃一个面包,我还得先见一个面包房!这太特么难了!”艾利顿摇了摇头。

但再难也要坚持下去。于是艾利顿重新坐下来,仔细的思考如何建立深度机械加工的工业体系。

那就是机床。

根据现在工业对机床型号的编制方法,机床分为11大类:车床,钻床,镗床,磨床,齿轮加工机床,螺纹加工机床,镗床,刨插床,拉床,锯床和其他机床。在每一类机床中,又按工艺范围,布局型式和结构性能分为若干组,每一组又分为若干个系列。

机床的种类虽然非常的多,但最为主要的就是车床、镗床、镗床、刨床、磨床、钻床六种。

车床是主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床。在车床上还可用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工。车床主要用于加工轴、盘、套和其他具有回转表面的工件,是机械制造和修配工厂中使用最广的一类机床。

在综合考虑了自己所知的所有原始机床类型后,艾利顿决定还是老老实实的设计一个莫兹利的车架机床。也就是前世的第一台螺纹车床,这是一台全金属的车床,能够沿着两根平行导轨移动的刀具座和尾座。导轨的导向面是三角形的,在主轴旋转时带动丝杠使刀具架横向移动。这是近代车床所具有的主要机构,用这种车床可以车制任意节距的精密金属螺丝。当然,为了进一步提升它的实用性,艾利顿又在原有的基础上进行了改进。上面的齿轮可以互相更换,可改变进给速度和被加工螺纹的螺距。

其实是镗床。

因为制造蒸汽机的零部件,远不像木匠削木头那么容易,要把金属制成一些特殊形状,而且加工的精度要求又高,没有相应的技术设备是做不到的。

比如,制造蒸汽机的汽缸和活塞,活塞制造过程中所要求的外径的精度,可以从外面边量尺寸边进行切削,但要满足汽缸内径的精度要求,采用一般加工方法就不容易做到了。

在艾利顿的眼里,在制作蒸汽机时,最感棘手的是加工汽缸。要想将一个大型的汽缸内圆加工成圆形,是相当困难的。

所以,艾利顿设计了一台切削汽缸内圆用的特殊机床。首先用水车作动力驱动的这种镗床,在其长轴的前端安装上刀具,这种刀具可以在汽缸内转动,以此就可以加工其内圆。由于刀具安装在长轴的前端,就会出现轴的挠度等问题,所以,要想加工出真正圆形的汽缸是十分困难的。

为了解决这个难题,艾利顿又将威尔金森的镗床设计拿了出来。这种镗床利用水轮使材料圆筒旋转,并使其对准中心固定的刀具推进,由于刀具与材料之间有相对运动,材料就被镗出精确度很高的圆柱形孔洞。

对活塞来说,可以在外面一边量着尺寸,一边进行切削,但对汽缸就不那么简单了,非用镗床不可。所以,艾利顿的想法就是利用水轮使金属圆筒旋转,让中心固定的刀具向前推进,用以切削圆筒内部,因此这样可以大大的提升气缸的精度。

第三是铣床,铣床是一种带有形状各异铣刀的机器,它可以切削出特殊形状的工件,如螺旋槽、齿轮形等。

对此,艾利顿的想法是设计出万能铣床。万能铣床的工作台能在水平方向旋转一定的角度,并带有立铣头等附件。同时,艾利顿还一口气设计了一种经过研磨也不会变形的成形铣刀,接着还设计了磨铣刀的研磨机,使铣床达到了较高的水平。

第四是刨床。

在发明过程中,许多事情往往是相辅相承、环环相扣的:为了制造蒸汽机,需要镗床相助;蒸汽机发明后,从工艺要求上又开始呼唤龙门刨床了。可以说,正是蒸汽机的发明,导致了“工作母机”从镗床、车床向龙门刨床的设计发展。其实,刨床就是一种刨金属的“刨子”。

艾利顿这次想到的是龙门刨床。他设计的龙门刨床是把加工物件固定在往返平台上,刨刀切削加工物的一面。但不仅如此,他还设计出了送刀装置。乍看起来,艾利顿其实知道自己设计的更像是加工小平面的牛头刨床,这种刨床可以把加工物体固定在床身上,而刀具作往返运动。

第五是磨床。

磨削是人类自古以来就知道的一种古老技术,旧石器时代,磨制石器用的就是这种技术。以后,随着金属器具的使用,促进了研磨技术的发展。说白了,磨床就是这是在车床的溜板刀架上装上砂轮,并且使它具有自动传送的一种装置。

磨床的关键是研制出比天然磨石更耐磨的磨石。为了解决这一点,艾利顿决定用焦炭和砂制成的碳化硅,这是一种称为C磨料的人造磨石;

等到塔雷莎的化学工坊成规模了以后,再考虑以氧化铝为主要成份的A磨料。

在做完所有的设计后,艾利顿看到清晨的第一束光洒进他的办公室。

又是不眠之夜。

但想到几百年的科技发展,渐渐的在自己手中成型,艾利顿有一种心理上的自豪感。

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