片刻之後,徐光啟突然繼續畫起了草圖,
卻是放棄了即將畫完的第四幅,直接去畫第五幅了。
而且這次畫圖的速度比畫第四幅快的多,寥寥幾筆就勾勒出了風箱的內部結構。
李國助拿這幅圖與第四幅圖對比了一下,簡直就是躍進,幾乎看不出推演的過程了。
不過畫完第五幅草圖後,徐光啟盯著它出神了好一陣子,又在旁邊畫起了第六幅草圖。
這次畫的慢了許多,連線條看起來都比之前筆直了不少,畢竟畫草圖是用不著尺規的。
等他畫的七七八八後,李國助發現其明顯是在第五幅草圖的基礎上繼續推演。
不過這幅圖與第五幅圖的差別並不在汽缸結構,而是在閥門系統之上。
第五幅草圖實際上並非汽缸結構圖,而是風箱結構圖。
而第六幅草圖明顯是雙向汽缸結構圖,其閥門結構比風箱複雜不少。
瓦特蒸汽機的閥門是主動配汽滑閥。
其運動由主機的運動精確驅動和同步,決定了蒸汽機的效率、功率和執行特性,需要承受高溫高壓蒸汽。
風箱閥門是被動單向閥,俗稱瓣閥。
其開閉完全依賴腔室與外界或腔室間的壓差和重力,
結構極其簡單,僅確保空氣單向流動,承受低壓常溫空氣。
不過徐光啟顯然還沒有意識到這一點,他在草圖上畫的依然是瓣閥,
只是與風箱相比,他畫的瓣閥要複雜一些,明顯是脫胎於廉司南機。
主要是因為蒸汽機用的是金屬材料,不是風箱用幾片小皮革就能充當閥門的。
蒸汽機的閥門通常是金屬板,還要配上彈簧輔助復位。
李國助不知道這樣行不行,畢竟瓦特蒸汽機用的可是主動閥。
不過瓦特蒸汽機也不是一開始就用的主動閥。
瓦特蒸汽機的早期原型機,主要用的還是被動閥。
但這個原型機還是紐科門機那種單作用結構。
畢竟瓦特最初的改進聚焦於分離冷凝器,解決紐科門機汽缸反覆冷卻加熱的熱效率損失問題。
在最早的試驗模型和初期單作用設計中,活塞僅向上做功,向下靠重力和氣壓差復位,
瓦特沿用了類似紐科門的被動重力閥,操作仍需人工或簡單槓杆控制。
此時主要矛盾是冷凝效率,尚未實現“膨脹做功”和“雙作用”。
被動閥足以控制“蒸汽進入”和“真空形成”的基本迴圈。
瓦特在1769年專利中首次描述了蒸汽膨脹原理。
在活塞部分行程後切斷蒸汽供應,利用蒸汽膨脹繼續做功。
這徹底顛覆了閥門需求:
一是精確切斷,必須在活塞行程的特定位置精準關閉進汽閥。
被動閥依賴重力關閉,無法控制關閉時機,響應太慢。
二是同步性,切斷時機需嚴格同步活塞運動,人工操作或簡單機械無法滿足。
為了滿足上述需求,瓦特意識到必須開發一種由機器自身運動驅動,與活塞位置精確聯動的閥門控制系統。
這催生了主動配汽機構的原型,如使用凸輪或槓桿聯動。
而雙作用氣缸的發明,對主動配汽機構起到了推動作用。
雙作用要求蒸汽交替進入活塞兩側腔室,每個行程都需要,
精準控制兩套獨立的進汽/排汽閥門,維持兩側閥門動作的嚴格協調與同步。
面對這種需求,被動閥徹底失效,完全無法應對這種複雜度,
無法精確控制四個閥門的開閉時序,
無法實現兩側閥門在活塞換向時的瞬間切換。
重力閥響應速度跟不上高速執行需求。
雙作用設計直接推動了滑閥的完善和普及。
單個滑閥透過偏心輪-連桿機構與主軸聯動。
滑閥的往復運動自動、同步地控制汽缸兩側的進汽和排汽通道切換。
純被動閥在雙向汽缸上面臨無法克服的根本性缺陷。
因其需要四組閥門在高速下精確同步切換,且依賴膨脹做功提升效率。
被動閥在時序控制、響應速度、密封性上的缺陷,會導致效率崩塌、執行不穩定甚至機械損壞。
主動閥,尤其是滑閥透過機械強制聯動解決了這一核心矛盾,成為雙作用蒸汽機的技術基石。
由此可見,徐光啟想在雙向汽缸中使用被動閥門是根本行不通的。
按照他的圖紙造出的雙向汽缸原型機,是根本不可能正常執行的。
不過按照一般的發明規律,瓦特不太可能在發明雙向汽缸的同時也推出主動閥門。
他當初應該也是造出過使用被動閥門的雙向汽缸原型機的。
直到原型機在執行中遇到了問題,他才會去考慮如何解決,進而摸索出了滑閥。
李國助對此並不是很瞭解,他只是覺得徐光啟應該還要花些時間才能拿出正式的圖紙。
於是他就悄悄地退出了中軍帳。
……
1623年4月10日,天啟三年三月十一,午時,永明軍大營。
“崔澱怎麼還不開城投降?”
李國助已經等的不耐煩了,
“我把最後期限給到三月十二,可不是讓他們真的等到三月十二才開城投降。”
“看來那金夢瑞和樸宗慶,是真的打算要據城而守了。”
楊天生開口說道。
昨天李國助在濟州水營的帥帳中接見金夢瑞和樸宗慶時,楊天生、陳衷紀、張弘、陳勳、洪旭等人也都在場。
金夢瑞和樸宗慶離開後,李國助與徐光啟的那番對話,他們也都聽到了。
現在很多人估計也跟楊天生是一個想法。
“現在下結論還為時過早。”
洪旭不緊不慢地說道,
“還是再耐心等等吧,如果到酉時,他們還不開城投降,那就說明沒戲了。”
“明天一早,咱們就可以開始攻城了。”
“你們都甚麼看法?”楊天生掃視陳衷紀、張弘、陳勳三人。
三人交換了一陣眼神,突然陳衷紀左右張望了一下:
“唉,玄扈先生怎麼沒來呀?他學識淵博,足智多謀,肯定能給出更好的建議。”
“他在設計新式蒸汽機呢,可沒功夫管這事。”李國助說道。
“新式蒸汽機!”
楊天生、陳衷紀、張弘等人異口同聲地驚叫起來。