第24章 蒸汽機

  深夜，哈尼克紡織廠，默多克正在實驗室內小心翼翼地組裝著手頭的零件，突然，外面傳來陣陣腳步聲，緊接著熟悉的聲音傳來：「約瑟夫先生，我在實驗室中也發現了一些規律性的內容，希望對你的研究有所幫助。」

  話是這麼說，但醉翁之意不在酒，約瑟夫作為卡文迪許的嘴替連勝稱好，而卡文迪許本人則依舊和克里斯拉開一個身位的距離，四處張望著紡織廠。

  牆壁上數盞煤氣燈照亮整個工廠，一排排整齊的紡織機擺放在過道兩側，在夏季的時候，工廠採用三班倒的形式，機器晝夜不停。

  夜班雖然辛苦，但可以獲得10%的額外津貼，有很多人排著隊要上夜班，艾米莉亞甚至不得不採取輪換制才能滿足工人們想上夜班的渴望。

  但18世紀是中世紀之後小冰期的末尾，利河和泰晤士河夜間經常結冰，這也導致冬季的紡織廠只能在白天極其有限的時間內進行生產。

  不過這也方便了卡文迪許，否則克里斯懷疑他在進入工廠見到這麼多人以後會不會扭頭離開。

  「這些都是使用水利來運作的麼？」卡文迪許看著身邊一台長五米，寬兩米左右的水利紡織機問道。

  「是的，這個紡織機由發動機、傳動機構和工具機組成，工作機與發動機之間的傳動，由導輪與鐵鏈組成，鐵鏈連接河面上的動力設施，只要河水有一定速度的流動，就可以帶動水面上水輪的轉動。」

  「我的紡織廠臨近利河邊只有一個水輪，現在新增到了四個，兩兩之間使用鐵條連接，總水力足以驅動工廠4000枚紗錠的運轉。」

  

  克里斯老老實實地回答道，絲毫不擔心泄密的問題，第一是有著專利法的存在，第二個原因是因為他即將完工的改良型蒸汽機。

  更重要的是，他見到卡文迪許後，總是忍不住自己內心想要展現的那一面，就好比有人掌握了現代知識回到手機還是諾基亞時代，遇到那會兒的賈伯斯，雖然你知道面前那個男人將會改變未來手機的格局，但你肯定還會忍不住在他面前說上幾嘴有關智慧型手機的事情。

  幸好克里斯已經把艾米莉亞提前送回家，否則她恐怕會更加驚訝，為什麼克里斯今日的表現如此反常。

  卡文迪許聞言，絲毫不在意自己的形象，蹲在地上仔細觀察著紡織機——主要是動力傳輸設施。

  面上的機器他一眼就能看得出來結構和組成，完全沒必要浪費時間，倒是這種動力傳輸方式，倒是有點兒新意。

  克里斯和約瑟夫站在旁邊，耐心地等待著。

  「吱」的一聲，辦公室的門打開，默多克從裡面走出來，剛要向兩人打聲招呼，就看到克里斯把食指放到嘴唇邊向他比了一個噤聲的動作。

  雖然摸不著頭腦，不過他靜靜走了過去，除了腳步沒有發出其他聲音。

  大概過了兩三分鐘，卡文迪許已經大致摸清楚機器是如何把水力應用到軸承和連杆，準備從地上爬起來。

  克里斯和約瑟夫裝作無事的樣子，繼續剛才的話題：「克里斯，你不是說實驗室內有你發現的一些特殊原理和公式麼？」

  「對，對，先介紹一下，這位是默多克先生，實驗室的首席專家，實際擁有者，他通過研究壓強與熱力學溫度改造了蒸汽機，稍後爵士也可以點評一下。」克里斯客客氣氣地向約瑟夫介紹道。

  約瑟夫拍了兩下巴掌，提高聲音說道：「這可太棒了，那快讓我們進屋吧。」

  說完，兩人並行向屋內走去，默多克好奇地看了卡文迪許一眼，克里斯直接就拉著他一起走進了實驗室。

  卡文迪許看著實驗室內明亮的燈光，猶豫了一下。

  在他心裡，陌生地方會讓他沒有安全感，而光亮則代表著屋內有人，兩者均會讓他產生一種逃離這裡，回到家裡實驗室的衝動。

  就在這時，屋內門口處的煤氣燈熄滅了，他還看到約瑟夫拉了一張木椅放到門口，向他招了招手示意他坐到這個位置。

  約瑟夫的動作讓他鬆了口氣，透過玻璃窗他能看到，這個椅子的位置離另外兩人坐下的位置大概有三四米遠，這個距離可以增加他少許的安全感。

  於是，卡文迪許緩緩地挪動腳步，在遠處燈光的照耀下，他膝蓋和胳膊上因趴在地方留下的灰塵在黑色的衣服上如此顯眼，但他仿佛一點兒都沒有察覺。

  「這是最新款的蒸汽機，可以適用於絕大多數地方產業，比如我的紡織機未來就準備全部替換為蒸汽機。」卡文迪許聽得出來，這是那個克里斯的聲音。

  「這可比瓦特的蒸汽機小了太多了，它現在能運轉麼？」

  聽到約瑟夫這麼說，卡文迪許加快了腳步，他有些好奇約瑟夫口中的小蒸汽機是什麼樣子的。

  他見過瓦特的蒸汽機，更早一些的紐卡門他也見過，在他的印象中，這些機器都是占地面積十幾個平米，二層小樓高的龐然大物。

  寬敞的實驗室讓卡文迪許吃了一驚，他自認為自己的實驗室空間已經足夠大，將近70個平米的個人實驗室，這還是他把家裡三個房間打通之後改造出來的空間。

  但克里斯的實驗室要比她的大出三倍有餘。

  離門口稍近處有兩張並列的長方桌，一張上面擺放了各種各樣的實驗器材，另一張上面則是形狀各異的零件。

  桌邊有一個可移動的黑板，上面掛著各種複雜的圖表和示意圖。

  稍遠處是一些較大型的機械，卡文迪許能認出其中少許，比如鏜床、工具機，這些零件製造工具在他的實驗室上也各有一套。

  在這個時代，不會手搓零件的科學家不是好科學家。

  實驗室里瀰漫著各種金屬、機油和焊接的味道，不過這對於卡文迪許，都是司空見慣的事情。

  卡文迪許把椅子挪到角落，身子蜷成一團縮在椅子上，把手壓在屁股下面，仿佛這樣可以給他帶來更多安全感。

  做完了這一切，他小心翼翼抬頭看了三人一眼。

  只見另外那個他沒見過，穿著工裝的男人走向一台小小的機器，點燃了機器旁邊的鍋爐，然後回到了原地。

  「等水燒開後，蒸汽會沿著管道被送到汽缸，經主汽閥和節流閥進入滑閥室推動活塞運動。」

  「之前的蒸汽機是直線往復運動，所以需要非常長的連杆才能正常運轉，這導致同樣把蒸汽轉化為動能的方式，直線運動的運動範圍遠高於曲線運動。」

  「所以想要縮小面積，就要把往復運動化為圓周運動，最好的方式是通過約翰·斯蒂德發明的曲柄傳動，但之前由於瓦特拒絕和他分享冷凝器，所以當時我還在瓦特工廠時，提出了一種叫做「太陽與行星」的曲柄齒輪傳動系統。」

  默多克趁著鍋爐加熱的時候，向約瑟夫解釋道。

  「感謝克里斯，他花了兩萬英鎊從斯蒂德手中購買了曲柄傳動，經測量，這種曲柄傳動比我提出的齒輪傳動做功效率更高。」

  約瑟夫聽得一頭霧水，做功效率？測量是什麼？這個東西有具體數值麼？

  他雖然是個植物學家，但在皇家科學院院長這個位子也呆了這麼些年，接觸過英格蘭大多數有名望的科學家，但他從未聽到過做功功率這個名詞。

  「等等，你們是如何測量做功效率的？」

  默多克看向克里斯，後者向他點了點頭。

  得到同意的默多克拉過來黑板，取下一頁稿紙遞給他：「先生，這張紙上的內容可以解答你的疑惑。」

  約瑟夫接過來，只見上面密密麻麻地寫著一些公式和幾個簡筆圖案，他正好開口詢問，聽到耳邊傳來熟悉而又尖銳的聲音：「拿給我看看。」

  不知道什麼時候，卡文迪許來到約瑟夫身旁，他著了魔一般瞪大眼睛看著約瑟夫手裡的那張紙，仿佛女人看到稀世珍寶一般。

  約瑟夫乖乖地把稿子交出，而且堅定的認為，如果連卡文迪許都看不明白的東西，他一定也搞不清楚。

  雖然卡文迪許有著諸多古怪的毛病，脾氣又不好，但不可否認的是，他是這個圈子裡最聰明的人。

  往常他依託皇家學會，每月會召開一次科學界聚會，而每一次聚會，卡文迪許總會成為聚會上被諮詢次數最多的人，不論是化學、數學還是物理，他好像無所不知。

  但這一次，貌似出了點意外。

  卡文迪許緊鎖眉頭，用手指在紙上書書畫畫，一分鐘，三分鐘……

  不知道過了多久，鍋爐里開水發出沸騰前的轟轟聲，把他的注意力吸引到了蒸汽機上。

  肉眼可見的白色蒸汽順著玻璃管進入氣缸，隨後就看到外面活塞開始上下緩慢運動，旁邊的曲柄也跟著做著圓周運動並帶動飛輪轉動。

  只見活塞上下運動的速度越來越快，飛輪的轉速也隨之提升。

  約瑟夫吃驚地站了起來，走到比他高出一頭的蒸汽機面前，他敏銳地意識到，如果這種機器可以量產，會給所有行業帶來的衝擊。

  近代蒸汽機的原理：利用水蒸汽進入氣缸內推動活塞做往復直線運動，然後降溫冷卻使水蒸汽冷凝液化，產生真空，真空與大氣壓的壓力差使得活塞回位。這樣重複使得活塞往復直線運動，實現不間斷的機械驅動。

  最早是由法蘭西人丹尼斯·帕潘於1690年設計出活塞式蒸汽機的模型，不過，此人更被人耳熟能詳地發明是高壓鍋，而且他為防止高壓鍋爆炸又設計出安全閥。

  就這樣，高壓鍋走進了千千萬萬的家庭，並一直沿用至今。

  1698年，英格蘭軍事機械工程師，托馬斯·薩弗里發明第一台適用於礦井抽水的無活塞式蒸汽泵。

  薩弗里蒸汽泵作為一種低揚程的抽水機，還是比較成功的。它不僅用於礦井抽水，還被用於大型建築供水，以及把水抽往高處給水車提供水源。

  這是蒸汽機械的第一次成功實踐應用，薩弗里也獲得了英國「礦工之友」的專利。

  1712年，鐵匠門徒，小學畢業的英格蘭人托馬斯·紐可門在達德利城堡建造了他的第一台蒸汽機，這種蒸汽機被稱為紐可門蒸汽機。

  英國北部的礦廠因越挖越深，積水淹沒了煤礦，礦廠瀕臨絕境，紐可門蒸汽機的出現拯救了他們。紐可門蒸汽機無可爭議地占領市場長達60多年。

  但，紐可門蒸汽機熱效率仍然很低，只有0.5%，經斯米頓改進後能達到1.4%。

  消耗煤炭較多，每天需要50匹馬來運送煤炭，而且安裝一台需要約1500英鎊，這是一筆很大的資金支出，對於大型企業還是可以接受的。

  但要全面推廣應運用很難深入下去。

  畢竟，1682年法國國王為給凡爾賽提供水源建造了巨大的馬爾利水車，潛在功率達到92千瓦，實際運行功率不低於55千瓦。

  可見此時，要蒸汽機完全代替水車是不可能的。

  瓦特蒸汽機煤耗量不到其他蒸汽機的三分之一，且就輸出功率而言，其比紐可門蒸汽機並沒有優勢，主要還是在於效率高，節省煤炭。

  但後來他不斷改進蒸汽機，讓瓦特蒸汽機擺脫了蒸汽機基本只能用於抽水的局面，蒸汽機作為一種動力輸出的原動機屹立於工業市場。

  但，現在不一樣了。

  「這台機器的做功效率比瓦特蒸汽機的效率高出20%左右。」克里斯的話在約瑟夫耳邊炸開，讓他頭暈目眩。

  這麼占地面積只有三平米，高不過兩米的小玩意比瓦特蒸汽機的效率還高？

  約瑟夫覺得自己的世界仿佛要被她這句話顛覆，不過，克里斯話里的數字引起了他的注意。

  他疑惑地看著克里斯：「你們怎麼能確定效率正好高出20%。」

  轟轟作響的蒸汽機也吸引卡文迪許的注意力，他盯著紙上的公式，又聽到克里斯的話語。

  他把寫滿了公式的稿紙舉了起來，在煤氣燈的照耀下，公式仿佛活了一般在他心裡、眼裡亂竄。

  他像是自言自語，又像是回答約瑟夫的問題：「W=FS？P=W/T？」