第523章 軍民兩用性
給葉琛在工商部安排了職位後，魯錦就讓他先回去了，接著又讓侍衛帶走了玻璃工坊燒製的所有實驗器材，然後就帶著陶廣義再次去了旁邊的一間火工工坊。
這間火工工坊原本是用來給那個機加工車間做配套的，主要負責鍛造一些鐵製零件，或是負責給加工好的零件做熱處理。
當然，這間火工工坊還有另外一個重要任務，那就是研發蒸汽機。
魯錦剛到這裡就見到有一臺重達上萬斤的三輥卷板機，正在將軋製好的鋼板捲成圓筒形，捲成筒子之後再送到一旁的鑽床上，沿著鋼板的邊緣鑽出密密麻麻的孔洞，這都是準備用來安裝鉚釘用的。
只不過因為沒有合金鋼刃具的緣故，鑽床和各類機床上用的都是使用滲碳法制作的高碳鋼刃具，雖說切削一般的生熟鐵和黃銅沒甚麼問題，但刃具的磨損實在是太快了。
就拿這臺鑽床上使用的麻花鑽來說，打不了十幾個孔就要換一根鑽頭，然後把廢鑽頭交給其他工匠拿去打磨鋒利再繼續使用，完全是把這些刃具當作消耗品在用，不過這也是現在沒辦法的事情。
魯錦當即對身邊的陶廣義問道，“蒸汽機搞的怎麼樣了？”
陶廣義立刻介紹道，“回陛下，我們之前按照陛下教的模型，重新設計了正式的圖紙，然後先用木頭做了個等比模型，完善設計之後，再把所有零件一樣一樣逐漸替換成金屬零件。
“目前氣缸和活塞我們已經完成，氣缸使用鑄鐵毛胚，然後精加工製成，因為之前做大炮的水力鏜床技術已經成熟，做這個氣缸倒是沒遇到甚麼困難，無非是直徑大一些而已，哦對了，我們用的是350毫米的氣缸直徑。
“兩端的汽缸蓋用螺栓固定在缸頭上，接縫處用浸泡了煤焦油的毛氈墊片密封，密封效果很不錯，我們做過密封實驗，起碼沒有漏水。
“活塞板也是鑄造毛胚，再精加工而成，活塞桿是鍛造加精加工，這都沒甚麼問題，唯一的困難就是陛下說的那個球墨鑄鐵材料的活塞環，我們一直搞不定，做出來的活塞環幾乎沒有彈性，勉強裝進去，磨損和噪音也都特別大。
“故而臣最後做主，讓他們換成了黃銅材質的密封環，效果也是不錯的，啊，這個就是樣品，陛下要將其取出來看看嗎？”
“不必取出來了，讓它轉一下看看即可。”魯錦看著眼前巨大的活塞連桿和重達千斤的飛輪說道。
“是。”
陶廣義答應一聲，當即招了招手，幾個工匠立刻過來吃力的轉起飛輪來。
直徑一米六的巨大鑄鐵飛輪，在幾名工匠的轉動下逐漸加速，開始緩慢的轉動起來，與飛輪相連的活塞連桿，也在飛輪的帶動下開始往復運動，等於是把蒸汽機做功的運動倒著來了一遍。
魯錦靠近仔細聽了一會，發現活塞和氣缸壁摩擦的聲音並不大，聽起來還挺順滑的，這才滿意的點點頭問道，“裡面加潤滑油了嗎？”
“加了，特意用的蓖麻油，陛下不是說蓖麻油可以當作高溫潤滑油使用嗎，這裡就是油壺，只要機器運轉起來，油壺就會透過一根棉線不斷的往連桿上滴油，用來潤滑裡面的零件，減小摩擦，而且活塞在裝進去的時候，本身就塗了不少潤滑油了。”陶廣義當即指著氣缸旁邊放著的一個油壺介紹道。
魯錦湊近看了看，這才滿意道，“不錯，看得出你們很用心，氣缸和活塞這對最重要的零件沒問題了，鍋爐的進度怎麼樣？”
陶廣義當即又一指旁邊不遠處，角落裡擺著的一具鐵桶，那鐵桶足有現代常見的汽油桶那麼大，黑沉沉的，就像是一口大水缸，上下兩端都有蓋子，接縫處密密麻麻的打了六排小鉚釘，打眼一看，就有‘多鉚蒸鋼’內個味兒了。
“這就是我們預先製作的一具實驗品，主要用來實驗鉚接工藝是否滿足密封要求。
“眼前的這口小鍋爐，使用五毫米厚的軋製熟鐵板卷制而成，接縫處全都打了孔，內襯五毫米厚的打孔鐵條，將接縫與襯板對接後，再用三排直徑八毫米的鉚釘，使用熱鉚工藝交錯式鉚接。
“按照熱脹冷縮的原理，鉚釘冷卻後會自然收縮，將兩層鐵板緊緊的夾在一起，使其達到密不透風的效果，不過就這臣還是覺得不放心，又讓精通釺焊的工匠，用鉛錫合金在接縫處釺焊了一遍，將鉛錫融進接縫裡，以此來增加密封效果，最後做出來便是這個樣子了。”
魯錦聞言暗自點了點頭，事實上在沒點出焊接科技樹前，鉚接就是最容易實現的一種密封‘焊接’工藝，早期的鐵甲艦、戰列艦等大型鐵船，也是靠鉚接工藝製造的，想要達到水密效果，無非就是用的鉚釘多一些，密一些，然後幾排鉚釘交錯排列，見縫插針，只要打的鉚釘夠多，就足以達到一定的密封效果。
當然啦，這種工藝也不是真的一點水都不漏，不過早期鋼鐵輪船，一般都配有抽水泵，只要及時把漏進船艙的海水抽出去，就能保持船身繼續漂浮航行。
用這種工藝製作的蒸汽鍋爐，雖然無法承受高壓，但只達到瓦特那種程度的低壓蒸汽機，已經完全夠用了，至於高壓蒸汽機，等以後找到橡膠，製作出輸氣軟管，搞出乙炔氣焊來再做也不遲。
魯錦這時才再次問道，“你們搞的這個實驗品，做過承壓實驗嗎？”
陶廣義當即點了點頭，然後一指車間外面，院子裡的一座木製瞭望塔說道。
“做過，就是在那個木塔下面做的實驗，我們按照陛下之前課上講的液壓實驗，在這搭了個瞭望塔，將鍋爐放在下面，接上竹筒管子，從塔頂往裡面灌水，利用水壓來檢驗鍋爐的密封程度，加了十米高也未見鍋爐本身漏水，倒是竹筒和鍋爐的連線處，有不少水露出。
“但臣以為，按照陛下的要求，這種程度的鍋爐就應該已經堪用了。”
魯錦聞言再次點了點頭，這是模仿的帕斯卡的脹桶實驗，帕斯卡為了向人證明水壓的存在，曾經搞過一個類似的實驗，把一個木桶上面接上一根水管，從高處不停的往裡面灌水，最終把下面的木桶利用水壓脹破。
而陶廣義他們把這法子借鑑了過來，用來檢驗鍋爐的承壓力，倒也是在沒有專業裝置的情況下，一種合理的土法檢驗方式。
魯錦這時才說道，“還記得我給你們講的技術劃代嗎？”
“記得，陛下在課上講過，科學技術也會像人一樣成長髮展，就像不同年齡的人一樣，學識和行事風格也會大有不同，科學技術也與之類似，初始時像蹣跚學步的孩童，稍壯些就會愈發成熟，直到最後如同庖丁解牛，遊刃有餘。
“因此，又可根據不同階段的技術相似性，將使用同類方法的技術歸類為一代，直到新技術實現對老技術的碾壓，便可看作下一代技術，這稱之為科技進步，又或者技術迭代，而同一項技術的不同發展脈絡，又可將之看作一條科技樹。”
魯錦頓時點點頭誇獎道，“不錯，眼前的這蒸汽機也是如此，現在你們做的這個，不過是個剛剛能實現做工的初代蒸汽機，那如果讓你在這臺蒸汽機上做出改進，使其技術迭代，你可知道應該往哪個方向努力？”
“這，臣以為應該是掌握陛下所說的焊接之後，這樣就能做出天衣無縫，絲毫不會漏氣的鍋爐，效率肯定會極大增加。”陶廣義說完便忐忑的看向魯錦，也不知自己說的對不對。
魯錦聞言則是搖了搖頭，“鉚接改焊接，改進的不過是工藝，提升氣密性的根本你卻沒有領悟，那才是真正的前進方向啊。”
陶廣義聞言愣了愣，當即反應過來，“陛下說的是提升蒸汽壓力？”
“不錯，蒸汽機的技術發展方向，就是不斷的提高蒸汽壓力，但這同樣也是對物理，熱力學三定律的應用，只有吃透了熱力學，你才能明白，這不過是對熱量的轉換罷了，而蒸汽機的改進，只不過是為了不斷的提升對熱量的轉化效率。 “現在說這些還太早，還是說眼前這臺蒸汽機，蒸汽機的發展，其實應該分成工作機和鍋爐兩條線發展，鍋爐的目的是為了提高對熱量的轉化，而工作機的目的是為了更好的用鍋爐提供的能量做功。
“就拿鍋爐來說，大致可以劃分為四代，初代就是眼前這種，用磚塊砌一個爐灶，把燒水的蒸汽鍋架在上面，根據其結構，可以看作簡單的‘上水下火’，但這樣卻只有下面的鍋底才能受熱，煤炭發出的熱量大部分都流失了，利用效率顯然是不高的。”
陶廣義聞言頓時點了點頭。
“所以第二代的鍋爐，就應該把爐灶和鍋整合到一起，用一個大筒做鍋，內套一個小筒做爐灶，然後在內外筒之間注水，形成‘水包火’的結構，這樣爐膛散發的所有熱量，幾乎都能被水吸收，受熱化為蒸汽，提高熱量的轉化效率。”
“這法子好！”陶廣義聞言頓時眼前一亮，可隨即他又反應過來，“不過此法雖妙，但卻對密封工藝的要求也更高了吧，如果內部的火筒密封不夠嚴密，讓外層的水滲進爐膛，豈不是就把裡面的爐膛熄滅了？”
“不錯，否則朕明知道火筒鍋爐效率更高，還讓你們做這種效率低下的初代鍋爐幹甚麼，還不是因為咱們現在的焊接技術不夠用嘛。”
“原來如此！”陶廣義頓時恍然大悟道。
魯錦則是繼續說道，“等你們將來能做出第二代的火筒鍋爐之後，繼續發展下去，無非是從一個鍋裡套一個火筒，變成兩個、三個，增加火筒數量來提高蒸汽發生的效率，但這樣的鍋爐結構，還是有缺點，因為煤炭燃燒後的煙氣，同樣含有大量熱量，卻直接從煙囪裡白白流失了。
“所以第三代鍋爐，就是煙管鍋爐，把煙囪也盤成曲折迴轉的管子，塞到鍋裡，讓煙氣裡殘餘的最後一絲熱量，同樣被水吸收，然後再把菸灰噴出去，以此達到對熱量的利用效率最大化。
“但這需要的加工工藝就更高了，不僅要能做出耐高壓的無縫鋼管，還要學會脹管和焊接技術，以免煙囪漏水。”
陶廣義聞言卻頓時眼前一亮，似是想到了甚麼說道，“所以這蒸汽機的技術發展，其實是與火器槍炮的發展一脈相承的？如果能造出耐高壓的無縫鋼管，豈不是就可以做出射程更遠，威力更大，反而更加輕便的火炮了？
“還有那鑄造氣缸的技術，其實也與鑄炮類似，鏜氣缸的鏜床，一樣可以用來生產大口徑火炮？”
“說的不錯，你很聰慧，已經能舉一反三了，事實上不止蒸汽機，許多看起來是民用的技術，都可以轉化為軍用。”魯錦當即讚道。
“其實這才只是第三代鍋爐，等到第四代鍋爐造出來，同時期的槍炮也會發展到一個令人匪夷所思的程度。”
陶廣義這個火器迷聞言更加興奮起來，連忙請教道，“那陛下以為，第四代鍋爐應該是甚麼結構？連煙氣中的最後一絲熱量都榨乾了，難道還能繼續提升熱量的利用效率？”
“當然。”魯錦點點頭。
“發展到第四代，水包火的結構就已經不夠用了，這個時候應該想辦法提升水和火焰的接觸面積，所以應該反過來，用‘火包水’的結構，先造一個巨大的爐膛，然後盤出迴轉曲折的水管，再把這些水管放在爐膛裡，用火直接焚燒水管，增加水和火的接觸面積，以此來提升蒸汽的發生效率，所以第四代應該叫做‘水管鍋爐’。
“同時，這四代鍋爐產生的蒸汽壓力也是逐步增加的，第一代可稱作低壓鍋爐，可以用來驅動工作機，用來當作工廠的動力源；
“火筒鍋爐是中壓鍋爐，煙管鍋爐是高壓鍋爐，這種二三代的鍋爐，已經可以驅動數千噸的重車在陸地上飛馳，也能驅動遠望號這樣的戰艦，不靠風帆，只靠蒸汽機便可在海上航行。
“而水管鍋爐則是超高壓鍋爐，到了這第四代鍋爐，只需七八座，就可以驅動比遠望號大二十倍，長百丈，重六七萬噸的鋼鐵戰艦，不用風力也能在海上跑出比遠望號快一倍的速度出來，如同移動的海上鋼鐵城池。”
陶廣義頓時聽的目瞪口呆，不由的暗暗佩服魯錦的想象力，但是他又不解的問道，“可是陛下，這第四代鍋爐又跟槍炮的發展有甚麼關係？”
魯錦轉過頭看了他一眼，這才道，“剛才只說了鍋爐的劃代和研發方向，但朕不是說工作機和鍋爐是兩條線嗎，你鍋爐一直在發展，難道蒸汽機不發展？”
“原來如此，可蒸汽機又該如何劃代？”陶廣義再次請教道。
“不論是蒸汽機，還是鍋爐，最終目的都是為了提高對熱能的利用效率。
“當發展到中高壓鍋爐的時候，你就會發現一個問題，即便已經推動活塞做過一次功的蒸汽廢氣，同樣含有大量的熱量，但這些蒸汽中的熱量還沒利用乾淨，就被直接排了出去，造成了熱量的浪費，所以這個時候，你應該怎麼改進？”
有了前面鍋爐的啟發，陶廣義只是略微蹙眉想了想，就當即道，“再加一個氣缸，把第一個缸裡排出去的廢氣，匯入第二個缸繼續做功，榨乾蒸汽中的最後一絲熱量？”
魯錦點點頭，“說的不錯，這種就叫復脹式蒸汽機，可以用兩個缸，也可以用三個缸，但這種結構的蒸汽機還是有極限，一般發展到三脹式蒸汽機，也就差不多到極限了，這種蒸汽機足以匹配二三代的中高壓鍋爐，但對第四代超高壓鍋爐，還是不夠看，無法完全利用超高壓蒸汽，這個時候，就得改變蒸汽機的結構，氣缸和活塞這種組合就不夠用了。”
“可是不用氣缸和活塞，那又該用甚麼樣子？”陶廣義一時間有些迷茫，完全想不出還有甚麼結構可以用來帶動機器做工。
魯錦則是提點道，“你見過走馬燈嗎？”
“見過，承平年月，有時上元燈會上，便有人會製作走馬燈。”陶廣義當即道。
“那你可知道走馬燈運轉的原理？”
陶廣義蹙眉回憶了一下，頓時眼前一亮，“燈中的熱氣蒸騰而上，吹動上面葉輪旋轉？陛下是說，造一種這樣結構的蒸汽機，用超高壓蒸汽來吹動葉輪？”
“不錯，這種結構的蒸汽機，才是超高壓蒸汽的標配，按照其結構，應該稱作蒸汽輪機，只有這樣，才能把超高壓蒸汽的熱量儘量利用乾淨。
“但是想造出這種汽輪機並不容易，因為超高壓蒸汽對普通鋼鐵具有腐蝕性，尤其是直接承受蒸汽吹拂的葉片這種零件，靠尋常的碳鋼打造是肯定不行的，所以就得用耐腐蝕的不鏽鋼葉片。
“而等你能煉出不鏽鋼的時候，用相同鋼材打造的火槍，一樣能承受更苛刻的磨損，高膛壓，以及射速，你想想看，如果每個士兵手裡的火銃，都能在一息之間發射出數十枚子彈，一分鐘打出幾百上千發子彈，一個人便有現在一個營的火力，那還不叫匪夷所思嗎？”
陶廣義頓時張大了嘴巴，這回確實匪夷所思了，他實在是無法想象，一支火銃怎麼做到一分鐘上千發的射速，就算火銃能受得了，可是裝彈還是要靠人啊，現在軍中最熟練的火槍手，一分鐘也不過打出四五發而已。
於是他當即問道，“可是陛下，就算這樣的火槍能受得了，但裝填彈藥也需要時間吧，人怎麼可能裝的了那麼快？”
“這就是以後你要研究的，你可是總裝的尚書，不過你也不用心急，技術這東西都是相輔相成的，基礎沒打好，你就是想爬也爬不了多高，暫時還是按部就班的，先把能做的東西做出來再說。”
“是！學生明白了。”
(本章完)