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深夜,哈尼克纺织厂,默多克正在实验室内小心翼翼地组装着手头的零件,突然,外面传来阵阵脚步声,紧接着熟悉的声音传来:“约瑟夫先生,我在实验室中也发现了一些规律性的内容,希望对你的研究有所帮助。”话是这么说,但醉翁之意不在酒,约瑟夫作为卡文迪许的嘴替连胜称好,而卡文迪许本人则依旧和克里斯拉开一个身位的距离,四处张望着纺织厂。
墙壁上数盏煤气灯照亮整个工厂,一排排整齐的纺织机摆放在过道两侧,在夏季的时候,工厂采用三班倒的形式,机器昼夜不停。
夜班虽然辛苦,但可以获得10%的额外津贴,有很多人排着队要上夜班,艾米莉亚甚至不得不采取轮换制才能满足工人们想上夜班的渴望。
但18世纪是中世纪之后小冰期的末尾,利河和泰晤士河夜间经常结冰,这也导致冬季的纺织厂只能在白天极其有限的时间内进行生产。
不过这也方便了卡文迪许,否则克里斯怀疑他在进入工厂见到这么多人以后会不会扭头离开。
“这些都是使用水利来运作的么?”卡文迪许看着身边一台长五米,宽两米左右的水利纺织机问道。
“是的,这个纺织机由发动机、传动机构和工具机组成,工作机与发动机之间的传动,由导轮与铁链组成,铁链连接河面上的动力设施,只要河水有一定速度的流动,就可以带动水面上水轮的转动。”
“我的纺织厂临近利河边只有一个水轮,现在新增到了四个,两两之间使用铁条连接,总水力足以驱动工厂4000枚纱锭的运转。”
克里斯老老实实地回答道,丝毫不担心泄密的问题,第一是有着专利法的存在,第二个原因是因为他即将完工的改良型蒸汽机。
更重要的是,他见到卡文迪许后,总是忍不住自己内心想要展现的那一面,就好比有人掌握了现代知识回到手机还是诺基亚时代,遇到那会儿的乔布斯,虽然你知道面前那个男人将会改变未来手机的格局,但你肯定还会忍不住在他面前说上几嘴有关智能手机的事情。
幸好克里斯已经把艾米莉亚提前送回家,否则她恐怕会更加惊讶,为什么克里斯今日的表现如此反常。
卡文迪许闻言,丝毫不在意自己的形象,蹲在地上仔细观察着纺织机——主要是动力传输设施。
面上的机器他一眼就能看得出来结构和组成,完全没必要浪费时间,倒是这种动力传输方式,倒是有点儿新意。
克里斯和约瑟夫站在旁边,耐心地等待着。
“吱”的一声,办公室的门打开,默多克从里面走出来,刚要向两人打声招呼,就看到克里斯把食指放到嘴唇边向他比了一个噤声的动作。
虽然摸不着头脑,不过他静静走了过去,除了脚步没有发出其他声音。
大概过了两三分钟,卡文迪许已经大致摸清楚机器是如何把水力应用到轴承和连杆,准备从地上爬起来。
克里斯和约瑟夫装作无事的样子,继续刚才的话题:“克里斯,你不是说实验室内有你发现的一些特殊原理和公式么?”
“对,对,先介绍一下,这位是默多克先生,实验室的首席专家,实际拥有者,他通过研究压强与热力学温度改造了蒸汽机,稍后爵士也可以点评一下。”克里斯客客气气地向约瑟夫介绍道。
约瑟夫拍了两下巴掌,提高声音说道:“这可太棒了,那快让我们进屋吧。”
说完,两人并行向屋内走去,默多克好奇地看了卡文迪许一眼,克里斯直接就拉着他一起走进了实验室。
卡文迪许看着实验室内明亮的灯光,犹豫了一下。
在他心里,陌生地方会让他没有安全感,而光亮则代表着屋内有人,两者均会让他产生一种逃离这里,回到家里实验室的冲动。
就在这时,屋内门口处的煤气灯熄灭了,他还看到约瑟夫拉了一张木椅放到门口,向他招了招手示意他坐到这个位置。
约瑟夫的动作让他松了口气,透过玻璃窗他能看到,这个椅子的位置离另外两人坐下的位置大概有三四米远,这个距离可以增加他少许的安全感。
于是,卡文迪许缓缓地挪动脚步,在远处灯光的照耀下,他膝盖和胳膊上因趴在地方留下的灰尘在黑色的衣服上如此显眼,但他仿佛一点儿都没有察觉。
“这是最新款的蒸汽机,可以适用于绝大多数地方产业,比如我的纺织机未来就准备全部替换为蒸汽机。”卡文迪许听得出来,这是那个克里斯的声音。
“这可比瓦特的蒸汽机小了太多了,它现在能运转么?”
听到约瑟夫这么说,卡文迪许加快了脚步,他有些好奇约瑟夫口中的小蒸汽机是什么样子的。
他见过瓦特的蒸汽机,更早一些的纽卡门他也见过,在他的印象中,这些机器都是占地面积十几个平米,二层小楼高的庞然大物。
宽敞的实验室让卡文迪许吃了一惊,他自认为自己的实验室空间已经足够大,将近70个平米的个人实验室,这还是他把家里三个房间打通之后改造出来的空间。
但克里斯的实验室要比她的大出三倍有余。
离门口稍近处有两张并列的长方桌,一张上面摆放了各种各样的实验器材,另一张上面则是形状各异的零件。
桌边有一个可移动的黑板,上面挂着各种复杂的图表和示意图。
稍远处是一些较大型的机械,卡文迪许能认出其中少许,比如镗床、机床,这些零件制造工具在他的实验室上也各有一套。
在这个时代,不会手搓零件的科学家不是好科学家。
实验室里弥漫着各种金属、机油和焊接的味道,不过这对于卡文迪许,都是司空见惯的事情。
卡文迪许把椅子挪到角落,身子蜷成一团缩在椅子上,把手压在屁股下面,仿佛这样可以给他带来更多安全感。
做完了这一切,他小心翼翼抬头看了三人一眼。
只见另外那个他没见过,穿着工装的男人走向一台小小的机器,点燃了机器旁边的锅炉,然后回到了原地。
“等水烧开后,蒸汽会沿着管道被送到汽缸,经主汽阀和节流阀进入滑阀室推动活塞运动。”
“之前的蒸汽机是直线往复运动,所以需要非常长的连杆才能正常运转,这导致同样把蒸汽转化为动能的方式,直线运动的运动范围远高于曲线运动。”
“所以想要缩小面积,就要把往复运动化为圆周运动,最好的方式是通过约翰·斯蒂德发明的曲柄传动,但之前由于瓦特拒绝和他分享冷凝器,所以当时我还在瓦特工厂时,提出了一种叫做“太阳与行星”的曲柄齿轮传动系统。”
默多克趁着锅炉加热的时候,向约瑟夫解释道。
“感谢克里斯,他花了两万英镑从斯蒂德手中购买了曲柄传动,经测量,这种曲柄传动比我提出的齿轮传动做功效率更高。”
约瑟夫听得一头雾水,做功效率?测量是什么?这个东西有具体数值么?
他虽然是个植物学家,但在皇家科学院院长这个位子也呆了这么些年,接触过英格兰大多数有名望的科学家,但他从未听到过做功功率这个名词。
“等等,你们是如何测量做功效率的?”
默多克看向克里斯,后者向他点了点头。
得到同意的默多克拉过来黑板,取下一页稿纸递给他:“先生,这张纸上的内容可以解答你的疑惑。”
约瑟夫接过来,只见上面密密麻麻地写着一些公式和几个简笔图案,他正好开口询问,听到耳边传来熟悉而又尖锐的声音:“拿给我看看。”
不知道什么时候,卡文迪许来到约瑟夫身旁,他着了魔一般瞪大眼睛看着约瑟夫手里的那张纸,仿佛女人看到稀世珍宝一般。
约瑟夫乖乖地把稿子交出,而且坚定的认为,如果连卡文迪许都看不明白的东西,他一定也搞不清楚。
虽然卡文迪许有着诸多古怪的毛病,脾气又不好,但不可否认的是,他是这个圈子里最聪明的人。
往常他依托皇家学会,每月会召开一次科学界聚会,而每一次聚会,卡文迪许总会成为聚会上被咨询次数最多的人,不论是化学、数学还是物理,他好像无所不知。
但这一次,貌似出了点意外。
卡文迪许紧锁眉头,用手指在纸上书书画画,一分钟,三分钟……
不知道过了多久,锅炉里开水发出沸腾前的轰轰声,把他的注意力吸引到了蒸汽机上。
肉眼可见的白色蒸汽顺着玻璃管进入气缸,随后就看到外面活塞开始上下缓慢运动,旁边的曲柄也跟着做着圆周运动并带动飞轮转动。
只见活塞上下运动的速度越来越快,飞轮的转速也随之提升。
约瑟夫吃惊地站了起来,走到比他高出一头的蒸汽机面前,他敏锐地意识到,如果这种机器可以量产,会给所有行业带来的冲击。
近代蒸汽机的原理:利用水蒸汽进入气缸内推动活塞做往复直线运动,然后降温冷却使水蒸汽冷凝液化,产生真空,真空与大气压的压力差使得活塞回位。这样重复使得活塞往复直线运动,实现不间断的机械驱动。
最早是由法兰西人丹尼斯·帕潘于1690年设计出活塞式蒸汽机的模型,不过,此人更被人耳熟能详地发明是高压锅,而且他为防止高压锅爆炸又设计出安全阀。
就这样,高压锅走进了千千万万的家庭,并一直沿用至今。
1698年,英格兰军事机械工程师,托马斯·萨弗里发明第一台适用于矿井抽水的无活塞式蒸汽泵。
萨弗里蒸汽泵作为一种低扬程的抽水机,还是比较成功的。它不仅用于矿井抽水,还被用于大型建筑供水,以及把水抽往高处给水车提供水源。
这是蒸汽机械的第一次成功实践应用,萨弗里也获得了英国“矿工之友”的专利。
1712年,铁匠门徒,小学毕业的英格兰人托马斯·纽可门在达德利城堡建造了他的第一台蒸汽机,这种蒸汽机被称为纽可门蒸汽机。
英国北部的矿厂因越挖越深,积水淹没了煤矿,矿厂濒临绝境,纽可门蒸汽机的出现拯救了他们。纽可门蒸汽机无可争议地占领市场长达60多年。
但,纽可门蒸汽机热效率仍然很低,只有0.5%,经斯米顿改进后能达到1.4%。
消耗煤炭较多,每天需要50匹马来运送煤炭,而且安装一台需要约1500英镑,这是一笔很大的资金支出,对于大型企业还是可以接受的。
但要全面推广应运用很难深入下去。
毕竟,1682年法国国王为给凡尔赛提供水源建造了巨大的马尔利水车,潜在功率达到92千瓦,实际运行功率不低于55千瓦。
可见此时,要蒸汽机完全代替水车是不可能的。
瓦特蒸汽机煤耗量不到其他蒸汽机的三分之一,且就输出功率而言,其比纽可门蒸汽机并没有优势,主要还是在于效率高,节省煤炭。
但后来他不断改进蒸汽机,让瓦特蒸汽机摆脱了蒸汽机基本只能用于抽水的局面,蒸汽机作为一种动力输出的原动机屹立于工业市场。
但,现在不一样了。
“这台机器的做功效率比瓦特蒸汽机的效率高出20%左右。”克里斯的话在约瑟夫耳边炸开,让他头晕目眩。
这么占地面积只有三平米,高不过两米的小玩意比瓦特蒸汽机的效率还高?
约瑟夫觉得自己的世界仿佛要被她这句话颠覆,不过,克里斯话里的数字引起了他的注意。
他疑惑地看着克里斯:“你们怎么能确定效率正好高出20%。”
轰轰作响的蒸汽机也吸引卡文迪许的注意力,他盯着纸上的公式,又听到克里斯的话语。
他把写满了公式的稿纸举了起来,在煤气灯的照耀下,公式仿佛活了一般在他心里、眼里乱窜。
他像是自言自语,又像是回答约瑟夫的问题:“W=FS?P=W/T?”
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