第24章 蒸汽机

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？”