“现在说这些还太早,还是说眼前这台蒸汽机,蒸汽机的发展,其实应该分成工作机和锅炉两条线发展,锅炉的目的是为了提高对热量的转化,而工作机的目的是为了更好的用锅炉提供的能量做功。
“就拿锅炉来说,大致可以划分为四代,初代就是眼前这种,用砖块砌一个炉灶,把烧水的蒸汽锅架在上面,根据其结构,可以看作简单的『上水下火』,但这样却只有下面的锅底才能受热,煤炭发出的热量大部分都流失了,利用效率显然是不高的。”
陶广义闻言顿时点了点头。
“所以第二代的锅炉,就应该把炉灶和锅整合到一起,用一个大筒做锅,內套一个小筒做炉灶,然后在內外筒之间注水,形成『水包火』的结构,这样炉膛散发的所有热量,几乎都能被水吸收,受热化为蒸汽,提高热量的转化效率。”
“这法子好!”陶广义闻言顿时眼前一亮,可隨即他又反应过来,“不过此法虽妙,但却对密封工艺的要求也更高了吧,如果內部的火筒密封不够严密,让外层的水渗进炉膛,岂不是就把里面的炉膛熄灭了?”
“不错,否则朕明知道火筒锅炉效率更高,还让你们做这种效率低下的初代锅炉干什么,还不是因为咱们现在的焊接技术不够用嘛。”
“原来如此!”陶广义顿时恍然大悟道。
鲁锦则是继续说道,“等你们將来能做出第二代的火筒锅炉之后,继续发展下去,无非是从一个锅里套一个火筒,变成两个、三个,增加火筒数量来提高蒸汽发生的效率,但这样的锅炉结构,还是有缺点,因为煤炭燃烧后的烟气,同样含有大量热量,却直接从烟囱里白白流失了。
“所以第三代锅炉,就是烟管锅炉,把烟囱也盘成曲折迴转的管子,塞到锅里,让烟气里残余的最后一丝热量,同样被水吸收,然后再把菸灰喷出去,以此达到对热量的利用效率最大化。
“但这需要的加工工艺就更高了,不仅要能做出耐高压的无缝钢管,还要学会胀管和焊接技术,以免烟囱漏水。”
陶广义闻言却顿时眼前一亮,似是想到了什么说道,“所以这蒸汽机的技术发展,其实是与火器枪炮的发展一脉相承的?如果能造出耐高压的无缝钢管,岂不是就可以做出射程更远,威力更大,反而更加轻便的火炮了?
“还有那铸造气缸的技术,其实也与铸炮类似,鏜气缸的鏜床,一样可以用来生產大口径火炮?”
“说的不错,你很聪慧,已经能举一反三了,事实上不止蒸汽机,许多看起来是民用的技术,都可以转化为军用。”鲁锦当即赞道。
“其实这才只是第三代锅炉,等到第四代锅炉造出来,同时期的枪炮也会发展到一个令人匪夷所思的程度。”
陶广义这个火器迷闻言更加兴奋起来,连忙请教道,“那陛下以为,第四代锅炉应该是什么结构?连烟气中的最后一丝热量都榨乾了,难道还能继续提升热量的利用效率?”
“当然。”鲁锦点点头。
“发展到第四代,水包火的结构就已经不够用了,这个时候应该想办法提升水和火焰的接触面积,所以应该反过来,用『火包水』的结构,先造一个巨大的炉膛,然后盘出迴转曲折的水管,再把这些水管放在炉膛里,用火直接焚烧水管,增加水和火的接触面积,以此来提升蒸汽的发生效率,所以第四代应该叫做『水管锅炉』。
“同时,这四代锅炉產生的蒸汽压力也是逐步增加的,第一代可称作低压锅炉,可以用来驱动工作机,用来当作工厂的动力源;
“火筒锅炉是中压锅炉,烟管锅炉是高压锅炉,这种二三代的锅炉,已经可以驱动数千吨的重车在陆地上飞驰,也能驱动远望號这样的战舰,不靠风帆,只靠蒸汽机便可在海上航行。
“而水管锅炉则是超高压锅炉,到了这第四代锅炉,只需七八座,就可以驱动比远望號大二十倍,长百丈,重六七万吨的钢铁战舰,不用风力也能在海上跑出比远望號快一倍的速度出来,如同移动的海上钢铁城池。”
陶广义顿时听的目瞪口呆,不由的暗暗佩服鲁锦的想像力,但是他又不解的问道,“可是陛下,这第四代锅炉又跟枪炮的发展有什么关係?”
鲁锦转过头看了他一眼,这才道,“刚才只说了锅炉的划代和研发方向,但朕不是说工作机和锅炉是两条线吗,你锅炉一直在发展,难道蒸汽机不发展?”
“原来如此,可蒸汽机又该如何划代?”陶广义再次请教道。
“不论是蒸汽机,还是锅炉,最终目的都是为了提高对热能的利用效率。
“当发展到中高压锅炉的时候,你就会发现一个问题,即便已经推动活塞做过一次功的蒸汽废气,同样含有大量的热量,但这些蒸汽中的热量还没利用乾净,就被直接排了出去,造成了热量的浪费,所以这个时候,你应该怎么改进?”
有了前面锅炉的启发,陶广义只是略微蹙眉想了想,就当即道,“再加一个气缸,把第一个缸里排出去的废气,导入第二个缸继续做功,榨乾蒸汽中的最后一丝热量?”
鲁锦点点头,“说的不错,这种就叫復胀式蒸汽机,可以用两个缸,也可以用三个缸,但这种结构的蒸汽机还是有极限,一般发展到三胀式蒸汽机,也就差不多到极限了,这种蒸汽机足以匹配二三代的中高压锅炉,但对第四代超高压锅炉,还是不够看,无法完全利用超高压蒸汽,这个时候,就得改变蒸汽机的结构,气缸和活塞这种组合就不够用了。”
“可是不用气缸和活塞,那又该用什么样子?”陶广义一时间有些迷茫,完全想不出还有什么结构可以用来带动机器做工。
鲁锦则是提点道,“你见过走马灯吗?”
“见过,承平年月,有时上元灯会上,便有人会製作走马灯。”陶广义当即道。
“那你可知道走马灯运转的原理?”
陶广义蹙眉回忆了一下,顿时眼前一亮,“灯中的热气蒸腾而上,吹动上面叶轮旋转?陛下是说,造一种这样结构的蒸汽机,用超高压蒸汽来吹动叶轮?”
“不错,这种结构的蒸汽机,才是超高压蒸汽的標配,按照其结构,应该称作蒸汽轮机,只有这样,才能把超高压蒸汽的热量儘量利用乾净。
“但是想造出这种汽轮机並不容易,因为超高压蒸汽对普通钢铁具有腐蚀性,尤其是直接承受蒸汽吹拂的叶片这种零件,靠寻常的碳钢打造是肯定不行的,所以就得用耐腐蚀的不锈钢叶片。
“而等你能炼出不锈钢的时候,用相同钢材打造的火枪,一样能承受更苛刻的磨损,高膛压,以及射速,你想想看,如果每个士兵手里的火銃,都能在一息之间发射出数十枚子弹,一分钟打出几百上千发子弹,一个人便有现在一个营的火力,那还不叫匪夷所思吗?”
陶广义顿时张大了嘴巴,这回確实匪夷所思了,他实在是无法想像,一支火銃怎么做到一分钟上千发的射速,就算火銃能受得了,可是装弹还是要靠人啊,现在军中最熟练的火枪手,一分钟也不过打出四五发而已。
於是他当即问道,“可是陛下,就算这样的火枪能受得了,但装填弹药也需要时间吧,人怎么可能装的了那么快?”
“这就是以后你要研究的,你可是总装的尚书,不过你也不用心急,技术这东西都是相辅相成的,基础没打好,你就是想爬也爬不了多高,暂时还是按部就班的,先把能做的东西做出来再说。”
“是!学生明白了。”
(本章完)