要知道,即便瓦特对蒸汽机进行了进一步的改良,让活塞的上下移动均由蒸汽推动,蒸汽机的效率依旧上不去。问题就出在那些流入冷凝器的蒸汽上。
我们设想一下,把蒸汽机的冷凝器去掉,让膨胀过的蒸汽直接排入大气——那我们会看到什么样的画面呢?
其实,这个画面并不难想象。老式的蒸汽机车并没有冷凝器;从汽缸中流出的蒸汽会直接朝车体两侧喷射。因此,我们就能在电影中看到,一个巨大的车头呼啸而来,一边轰隆轰隆地冲过铁轨,一边呼哧呼哧地直喘气,车头两边拖着两道冲出去老远的白雾。
注意,冲出去老远。有时甚至会喷到铁路两边的灌木上,就像是洒水车向两边射出的水柱。
显然,在经过了一次蒸汽机之后,蒸汽的能量还没有被完全榨干——这些能量随着冲出汽缸的蒸汽一起流进了冷凝器,也就是说,“跑掉了”;而这部分跑掉的能量,本来可以继续推动引擎的!
既然冲出汽缸的蒸汽中依然含有能量,那么,我们自然可以让这股蒸汽继续推动引擎,流经一个汽缸、两个汽缸,直至内部蕴含的能量无限接近于水的初始能量!
如果同蒸汽管直接相连的汽缸是高压缸,高压蒸汽在那里发生第一次膨胀,释放出一部分能量。当高压缸的活塞向上或向下移动,挤压活塞上面或是下面已经做过一次功的蒸汽时,那些蒸汽将会顺着管道进入中压缸,随即发生第二次膨胀,释放出较第一次更少的能量。最后已经做过两次功的蒸汽会进入低压缸,并从那里流入冷凝器。
这样,经过三段膨胀做功之后,蒸汽内的能量显然得到了更进一步的有效利用——说得通俗点,就是流入冷凝器的蒸汽被榨得更干了!
而为了让蒸汽蕴含的能量更大,就得让蒸汽的温度更高!压力更强!而想做到这些,只需需要增加一个压力罐就可以了!
在压力罐中储存大量的高压高温蒸汽,再通过控制阀门,将高温高压蒸汽传输到串联的三个气缸中,足够高的温度和压力就可以将三个气缸中的活塞全部驱动起来!直到压榨完蒸汽的能量!
如此设计的三缸蒸汽机,无论是功率还是转速,都将远远超过于瓦特蒸汽机!
而现在的朱靖坤已经完全具备了完整的焊接技术,制作一个压力罐,简直就是易如反掌。但是仅仅只有压力罐是不行的,因为压力罐的承受力也是有限的,而不是说能无限的承载高压。
所以就需要制作一个压力表和泄压阀!有了压力表,就可以清晰明了的看到压力值,泄压阀可以保证压力过载时,自动排出蒸汽从而避免爆炸!
这些小玩意,朱靖坤两天就确定了生产工艺和流程。
交给别人生产压力罐,朱靖坤开始带着众人试制三缸往复式蒸汽机的样机,而对于气缸的选择,众人却犯起了难。
众人经过研究,蒸汽机中,气缸的直径越粗,泵入的蒸汽就越多,蒸汽机的转速就越大,蒸汽机功率就越高!而气缸的长度也是有说法的,气缸越短,蒸汽机的转速就越高,气缸越长,蒸汽机的扭矩就越大!
所以想研究出气缸比例适合的蒸汽机,需要大量的时间做研究实验,那还能怎么办呢?干吧!
举全岛科研人员之力的研究过程中,物理和化学知识,在这里蓬勃发展着!
自然而然的,众人学到了压力、压强、功率、扭矩、热容量和密度,学到了物理三定律:惯性、加速度、作用力与反作用力!
学到了橡胶低于密封的关键作用,学到了润滑油的妙用。
最后,众人一起将压强的表达单位定制为“帕”,将力的单位定为“牛”,将扭矩单位定位“牛米”,将功率定位“瓦”,将热容量定位“焦”!
一个蒸汽机的研发,成功的实现了逆向教学,大明科学院的研究员们的物理水平像是在翻着跟头一般成长!两个月后的现在,这里的每一位拉出去,都可以称为这个时代的物理大拿!
经过两个月的大量实验,朱靖坤采用了三组气缸方案,第一种是大直径长冲程的欠方形型气缸,缸体平面展开就是一个竖着的长方形,这个气缸的扭矩和马力绝对爆表!但是目前的宝岛上,还没有能用到这个气缸的地方!
第二种是大直径,短冲程的超方形气缸,缸体平面展开就是一个横着的长方形,这个气缸具备泵入蒸汽多,行程短的特性,用这种气缸做出来的蒸汽机,转速一定超乎想象!
第三种是方形气缸,就是气缸的直径和活塞的冲程正好一致,缸体展开就是一个正方形!这个气缸的转速和马力可以做到一个相对的平衡!
方形气缸也是朱靖坤选用的第一款蒸汽机气缸,说做就做,为了保证蒸汽机的马力,朱靖坤将气缸的直径定为了二十一厘米!三个气缸排列起来,将带来澎湃的动力和极高的转速!
再加上有了橡胶和润滑油的加持,密封性能做的极好,摩擦系数能降到最低。
五天后,朱靖坤设计的第一款蒸汽机样机完整现世!朱子明将这款蒸汽机命名为21型蒸汽机!
21型蒸汽机由锅炉、高压罐、缸体三大件组成,无论任何燃料,只要将锅炉中的水烧开,就能为高压罐提供源源不断的高温高压的蒸汽!
通过高压罐出气口的阀门,就能调节蒸汽机的运转速度,可以简单理解为油门!朱靖坤率领着众多研究员,共同见证了21型蒸汽机的诞生!
随着锅炉里的水被烧开,三缸的21型蒸汽机发出了它的第一声轰鸣!
通过曲轴连接在蒸汽机上的飞轮,随着蒸汽机的运转开始高速的旋转了起来!随着压力达标,控制着压力罐上的阀门就可以调节飞轮的转速!
21型蒸汽机和瓦特蒸汽机相比,无论是结构还是做工都完全不一样了!瓦特蒸汽机属于低压蒸汽机,而21型蒸汽机则属于高压蒸汽机!
21型蒸汽机里的蒸汽需要驱动三个气缸做工!最后排出的蒸汽里的能量已经无限接近于水的初始能量!
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