瓦特(10)_虚阁网

一〇

　　瓦特反对利用高压发动机的另一个理由，是“有助于活塞下降”的真空装置会造成损失，其实，这种说法是自相矛盾的。实际上，这种损失只高达一个大气压，即每平方英寸13～14磅的压力，特里维西克后来的试验表明，当他把蒸汽加压到每平方英寸100磅或100磅以上时，这种损失简直是微不足道的。此外，特里维西克还表明，瓦特发动机上的真空装置的优越性，在某种程度上是被冷凝气泵耗费的力所抵消了；而冷凝气泵又是保持真空状态所必不可少的。

　　瓦特和特里维西克共有的惟一特点是：两个人几乎都没有一点精明果断的经商能力。而在其他各个方面，他们则大相径庭。奇怪的是，他们这种天生固有的秉性，似乎也如实地反映到了他们各自的创造发明上。瓦特的那种大型横杆式发动机，设计得机身庞大、沉重、运转缓慢、无噪音，而且运转起来是那样从容不迫，准确无误，这正是其制造者独具匠心的真实写照：谨慎、执拗、意志坚定和对工艺精益求精的态度。而在赫尔兰矿区的特里维西克式堪称为技术杰作的高压柱式发动机，其爆炸似的排气声，在5英里以外的地方都能听得见，它简直集中体现了其制造者那种变幻莫测的创造力、勇猛的胆量和真正的潜力。

　　赫尔兰的这台发动机，仅仅是瓦特初次试验的那种装置的扩大型号而已，因为既做活塞又是活塞杆的柱塞杆，直接驱动抽水杆而不通过横杆起作用。瓦特不敢再对能顶起15磅重量的小活塞进一步加以改进。而特里维西克则用一个高12英尺、直径33英寸的汽缸，取代了瓦特的小注水器；他所使汽缸充气的压力相当高，因此当它喷汽轰鸣时，就像从锅炉安全阀冲出的蓝色火焰一样。把人们吓得惶惶而逃。当瓦特进行首次试验时，特里维西克还没有出生，但是当瓦特拆掉了他的装置，并决心另走一条不同的道路时，在这两位伟大的工程师之间的最终的尖锐冲突就注定要发生了。

　　4.勇闯新路

　　瓦特在摈弃了高压蒸汽的试验之后，他未来的进程似乎也是预先安排好的，因为导致他以后几次试验的情况完全是偶然发生的。在这方面，约翰。安德森教授在无意中起了作用。

　　在瓦特的第一位大学朋友和赞助人迪克博士于1757年5月去世后，安德森便接任了他的自然科学教授的职务。大学责成安德森负责修复一台纽科门式发动机的操作模型，这台模型曾被送到伦敦的一位名叫西森的仪器制作师那里修理过。显然，西森未能胜任这项工作，因为最后把这台模型取回来时，发现它仍然转动不了。因此，安德森便派人把这台小型模型转送到了瓦特的作坊，并吩咐他使其恢复正常运转。不难想象，瓦特对于这一突如其来的天赐良机感到喜出望外，精神振奋。对瓦特来说，手头有了这么一台模型，要比只看一下与原物大小一般大的发动机要宝贵得多。他通过阅读资料，获得了知识，这就使他很快能让这台发动机运转起来，但是他对这台发动机的运转情况却很感失望。因此，为了了解他之所以感到不满意并努力加以改进，在这里有必要简要地介绍一下纽科门式发动机的工作原理及其应用方式。

　　纽科门式发动机体现着早在他之前便已经确立的两个科学原理的实际应用，其一是大气具有重压作用，从而使空气对凡是已将它排除的空间就无孔不入。早期的自然科学家们曾把这种结果，用一言以蔽之即“大自然憎恶真空存在”，但是，他们在制造真空来表明这一点理由上却遇到重重困难。德国萨克森的奥托。冯。格里克（1602—1686）和爱尔兰人罗伯特。博伊尔（1627—1691）俩人都曾用设计气泵的方法，把密封容器内的空气抽干净，从而获得这方面的成功。然而，法国人丹尼斯。帕平（1647—1714）用来造成真空的方法却迥然不同。他的方法表明，如果在一个密封容器内充满了蒸汽，那么空气就会被排出，而当这个密封容器冷却后，里面就会产生真空，因为蒸汽凝聚成水后所占的地方，只是密封容器全部容积中很小的一部分。这就是纽科门应用在他发动机上的第二个原理。

　　纽科门使用了一个在顶部开口的竖式汽缸中工作的活塞，他把这个汽缸直接安装在锅炉之上。蒸汽压力只要略大于大气的压力，蒸汽就可随意流入活塞下被封闭的汽缸底部。这个活塞通过铁链，与一个扇形齿轮连接，并把这个扇形齿轮装在一根木杆的一端，而横梁的中心则装有一个枢轴。在横梁的另一端，可用同样的方法连接着泵杆。由于泵杆的重压（在某些情况下还要平衡，借助于一种平衡砣来调整），把活塞拉向汽缸的顶部，与此同时进汽阀就被打开，使蒸汽冲入汽缸。随着活塞到达冲程的顶端，进汽阀便被关闭，注水阀即告打开。这就使冷水从安装在高处的水箱里喷进汽缸，水箱之所以安装在高处是为了提供一个良好的水位差。在那张著名的格拉斯哥模型图纸上，可以清楚地看到这个注水箱。喷射冷水的目的是使汽缸里的蒸汽冷凝，因而造成真空。于是，大气压就作用于活塞上面，把它压下来，从而提起泵杆，把水从矿里抽出。这样一道工作程序就完成了。汽缸里的蒸汽冷凝后的水和注入的水，以及随着蒸汽带进汽缸的空气，则通过排水阀和排气阀排放干净，否则就会积聚起来，用当时流行的一个形象的说法，就是这台发动机就要“动弹不了”。关于最初的纽科门式发动机，蒸汽阀和注水阀据说都是人工操作的，但它们不久便通过高架横梁上的一根被称为塞杆的装置而机械地进行工作了。

　　正像在前面提到过的那样，对纽科门式发动机的主要反对意见是它的燃料消耗量特大。瓦特读过关于这一问题的权威性论述，其中指出，汽缸经喷注水冷却以后，要不断被重新加热，在此期间，以蒸汽形式产生并使用的部分热量便被浪费掉了。例如，德萨古列斯就坚决反对以铁制汽缸来取代最初时期发动机上所用的黄铜汽缸。他振振有词地争辩说：薄壁的黄铜汽缸比起传热慢而又笨重的铁汽缸来传热和散热要迅速得多，因此，采用铁汽缸是倒退了一步，这就使发动机的效率降低了。尽管如此，铁制汽缸还是成功了。

　　由于技术上的原因，用铁铸造的汽缸要比用黄铜铸造的汽缸大得多，这就使得制造那些能从较深处抽水的并具有大功率的发动机成为可能。对于那些煤矿主来说，只要这些发动机能有更大的功率，把水从矿井中排除干净，效率的高低却是无关紧要的。然而，这台小发动机的模型的运转特性却故意与一丝不苟的瓦特作对。

　　瓦特发现这台发动机模型耗费的蒸汽如此之多，以至超出了那只使之运转的小锅炉的能力，而一次只能完成几个冲程而已。他决心要找出造成这种状况的原因，而他解决这个问题的方式与前人相比，则要根本得多，科学得多。在此之前，德萨古列斯并没有对如此过度耗费蒸汽这一问题给瓦特提供过完整的答案，但他意识到在做深入研究之前，他必须从已知的常数中确定某些测量的基础。在大气压力下，一定数量的水能产生多少数量的蒸汽？而要蒸发这样数量的水又需要多少热量？并且在产生了这样数量的蒸汽之后，又需要多少冷水才能使蒸汽冷凝还原为水？在提出这些问题并寻求其答案的过程中，瓦特探索的思路同约瑟夫。布莱克是一样的，尽管他没有意识到这一点。

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