一、工坊聚首谋新策,蒸汽初提引好奇
深秋的工部工坊里,弥漫着铸铁的冷硬气息与桐油的淡淡清香。阳光透过高大的木窗,在地面投下长条光斑,照亮了散落的钢件、木模与一张张画满机械结构的图纸。叶青云站在工坊中央,面前摆着一张新铺的白纸,手里握着炭笔,邱远山则搬了张木凳坐在对面,膝上摊着木船的改进图纸,眉头还带着几分对木船载重不足的思索。
“邱先生,木船的图纸改得差不多了?” 叶青云先开口,指尖点了点邱远山膝上的图纸,“能装五千斤盐,航速也比之前快了三成,已经很不错了。”
邱远山叹了口气,把图纸推远些:“是不错,可还是靠风靠桨,遇着逆风逆水,三天才能到青运城,要是想运到江南,没半个月根本不行。而且载重量还是有限,要是能有不用风不用桨的船……” 他话没说完,自己先摇了摇头,觉得是空想。
叶青云却眼睛一亮,拿起炭笔在白纸上画了个粗圆:“不用风不用桨,也不是不行。我想到一种法子,用蒸汽推船走,咱们叫它‘蒸汽船’。”
“蒸汽?” 邱远山愣了,伸手摸了摸旁边刚烧开的铁壶 —— 壶嘴正冒着白汽,把壶盖顶得 “哒哒” 响。“就是这烧水的蒸汽?这玩意儿能推得动大船?”
“能。” 叶青云肯定地点头,炭笔在粗圆旁边又画了个长方形,“关键在四个部件:气缸、活塞、连杆、曲轴。我给你慢慢说,你听仔细,不懂就问。”
他先指着粗圆:“这是气缸,得用铸铁做个封闭的金属筒,不能漏气,里面是空的,专门装蒸汽 —— 就像这铁壶,蒸汽在里面憋住了,才有劲儿。” 说着,他拿起铁壶,壶嘴对着空处,白汽喷出来,把旁边的一张纸片吹得飘了起来,“你看,蒸汽有推力,气缸就是把这推力攒起来的地方。”
邱远山凑近看了看纸片飘动的方向,若有所思地点头:“那活塞呢?总不能让蒸汽瞎喷吧?”
“活塞就是接这推力的。” 叶青云在气缸的圆里画了个小方块,“这是活塞,也是铸铁的,大小刚好能在气缸里来回滑动,像塞子一样。蒸汽进了气缸,推着活塞往一边走;蒸汽放出去,活塞再回来,这就是‘往复运动’—— 跟你之前做的凸轮冲压机里,冲压头上下动一个道理,只是方向不一样。”
邱远山立刻明白了,拿起笔在纸上画了个简易的冲压机:“您是说,就像冲压头上下推,活塞是在气缸里左右推?”
“对,就是这个意思。” 叶青云笑着点头,又在活塞旁边画了一根倾斜的直线,连着一个 “Z” 字形的曲线,“可船要走,得靠螺旋桨转,或者船桨划,都是‘旋转运动’。活塞是来回推,怎么变旋转?就靠连杆和曲轴。”
他指着直线:“这是连杆,一端连活塞,一端连曲轴 —— 就是这个‘Z’字形的轴。活塞往一边推,连杆就带着曲轴转半圈;活塞往回拉,连杆再带着曲轴转半圈,来回推几次,曲轴就一直转起来了。”
为了让邱远山更明白,叶青云起身走到工坊角落的磨盘旁,指着磨盘的摇杆:“你看这磨盘,你推着摇杆来回走,磨盘是不是就转起来了?连杆曲轴就跟这摇杆和磨盘轴一个道理,把‘来回走’变成‘转圈’。”
邱远山盯着磨盘看了半天,突然一拍大腿:“懂了!俺明白了!活塞推连杆,连杆带曲轴转,曲轴再连船尾的螺旋桨,螺旋桨一转,船就往前走了!不用风不用桨,全靠蒸汽推!” 他激动得站起来,凑到白纸前,用炭笔把叶青云画的四个部件连起来,还在曲轴末端加了个螺旋桨的样子,“是不是这样?”
叶青云看着他画的草图,笑着点头:“就是这样。只要这四个部件配合好,蒸汽船就能动起来 —— 而且蒸汽船比木船快,载重量还大,以后运盐去江南,说不定五天就能到,一次能装一万斤,比现在的木船强太多了。”
二、细解难题谋试验,巧思破局定方向
邱远山的兴奋劲儿没过多久,又皱起了眉头,指着纸上的气缸:“叶首领,这气缸得封闭,可活塞在里面来回动,怎么才能不漏气?要是蒸汽从活塞和气缸的缝里跑了,推力就小了,说不定推不动活塞。”
这是蒸汽机械的关键难题,叶青云早有思量,他从工坊的货架上拿起一块石棉布 —— 之前做冶铁炉密封用的,又拿起一块铸铁片:“气缸内壁要打磨得光滑,活塞外面裹一层石棉布,石棉布耐热还密封,能堵住缝隙。咱们之前做冲压机的滑轨时,用石棉布减摩擦,这个道理一样,只是换成密封。”
邱远山拿起石棉布摸了摸,又看了看铸铁片,点头道:“石棉布确实耐热,之前冶铁炉的门用它封,没漏过烟。那蒸汽从哪来?总不能用这小铁壶烧吧?”
“得做个锅炉。” 叶青云在图纸旁画了个带夹层的铁桶,“用厚铸铁做个锅炉,里面装水,下面烧煤,把水烧开,蒸汽通过铁管接到气缸里。锅炉得做厚点,不然蒸汽压力大了,容易炸 —— 就像这铁壶,要是把壶嘴堵死,烧久了也会炸,锅炉得装个‘安全阀’,压力太大就放掉些蒸汽,安全。”
“安全阀?” 邱远山眼睛一亮,“是不是像咱们给粮仓装的透气阀?压力大了就自动开,压力小了就关上?”
“差不多。” 叶青云笑着点头,“可以用个带配重的铁片,盖在锅炉的排气口上,蒸汽压力够大,就能顶开铁片放气;压力小了,铁片自己落下来,继续攒蒸汽。这样锅炉就不会炸了。”
解决了密封和蒸汽来源,邱远山又问:“那气缸、活塞这些部件,咱们冶铁厂能做吗?气缸得是圆的,还得光滑,活塞也得跟气缸严丝合缝,之前没做过这么精细的铸铁件。”
叶青云走到工坊角落的一台改良车床旁 —— 这是之前为了加工冲压机零件,邱远山带人改的,用畜力带动,能打磨金属件。“你看这车床,咱们可以用它把铸铁坯车成圆柱形的气缸,内壁再用细砂纸打磨,保证光滑;活塞也用车床加工,外面再裹石棉布,肯定能跟气缸合得上。”
他拿起一块圆柱形的铸铁坯,放在车床上,摇动手柄,车床的刀具慢慢在铸铁坯上刮出细屑,很快就把不规则的铸铁坯车得圆润起来。“你看,只要调整好刀具,车出精准的气缸和活塞不难。咱们冶铁厂现在有一百多个铁匠,还有冲压机帮忙压铸铁坯,做这些部件没问题。”
邱远山凑过去看车床加工的铸铁坯,手指摸了摸车过的表面,光滑得没有一点毛刺,脸上露出了笑容:“是啊!有这车床,再加上铁匠们的手艺,气缸、活塞肯定能做出来。那咱们是不是可以先做个小模型试试?比如做个一尺长的气缸,用小锅炉烧蒸汽,看看活塞能不能动,连杆曲轴能不能转起来。”
“正该如此。” 叶青云赞同道,“先做小模型,试验清楚了,再放大做船上用的大部件。不然直接做大船的,要是哪里错了,浪费材料还耽误时间。”
他拿起炭笔,在纸上画了个小模型的草图:“小模型不用太复杂,气缸一尺长,直径三寸,活塞用两寸粗的铸铁,连杆用铁棍,曲轴用小钢轴,锅炉就用小铁桶改,烧木炭就行。先测试蒸汽能不能推动活塞,再看连杆曲轴能不能把往复运动变成旋转运动,最后再看密封好不好,压力够不够。”
邱远山立刻拿起纸笔,把小模型的尺寸、部件都记下来,字迹虽然潦草,却很详细:“俺这就去安排!让铁匠们先车小气缸和活塞,木工做模型的架子,锅炉就让冶铁厂的人用小铁桶改,争取三天内做出小模型,咱们试试!”
“别急,先选几个细心的铁匠和木工。” 叶青云叫住他,“比如张师傅,他钻孔精准,让他负责加工气缸和活塞的配合;还有巴图,他懂大型钢件,让他帮忙做连杆和曲轴。选对人,事半功倍。”
邱远山点头:“俺知道!张师傅和巴图都是老手,让他们负责肯定放心。俺这就去叫他们来,一起商量模型的细节。”
三、众匠协力造模型,初试蒸汽见成效
邱远山雷厉风行,当天就把张师傅、巴图和几个手艺好的年轻铁匠、木工叫到工坊,拿着叶青云画的小模型草图,一一分配任务:“张师傅,您带两个徒弟,用车床加工气缸和活塞,气缸内壁要打磨光滑,活塞外面留着裹石棉布的槽,尺寸就按图纸上来,误差不能超过一分。”
“放心吧邱大人!” 张师傅接过图纸,眯着眼看了看尺寸,“俺这就去调车床,保证做得严丝合缝。”
“巴图,您负责做连杆和曲轴。” 邱远山又转向北蛮铁匠,“连杆用铁棍,一端钻个孔连活塞,一端钻个孔连曲轴;曲轴要做成‘Z’字形,两端要打磨光滑,方便装在架子上转动。”
巴图接过图纸,用北蛮话跟身边的徒弟说了两句,点头道:“俺懂!连杆要结实,曲轴要转得顺,俺这就去打。”
“木工们负责做模型的架子,还有小锅炉的支架。” 邱远山最后对木工们说,“架子要稳,能固定住气缸、曲轴和锅炉,别试的时候晃倒了。小锅炉的支架要离气缸近点,方便接蒸汽管。”
众人领了任务,立刻分头行动。工坊里顿时热闹起来:车床转动的 “嗡嗡” 声,铁匠锤打钢件的 “叮叮” 声,木工锯木头的 “沙沙” 声,交织在一起,透着一股钻研的劲儿。叶青云也没闲着,时不时走到各工序旁,指点一下 —— 比如告诉张师傅,气缸内壁打磨后,要用蒸汽试一下密封性;告诉巴图,曲轴的 “Z” 字形角度要精准,不然连杆带动起来会卡顿。
三天后,小模型终于组装好了。放在工坊中央的木架上,一尺长的铸铁气缸闪闪发亮,活塞裹着石棉布,严丝合缝地卡在气缸里;连杆一头连活塞,一头连在 “Z” 字形的曲轴上;旁边的小锅炉用铁桶改装,下面能放木炭,一根细铁管从锅炉连到气缸的一端,气缸的另一端还装了个小阀门,用来放蒸汽。
“都准备好了吗?” 邱远山搓着手,脸上满是紧张和期待。张师傅、巴图和工匠们都围了过来,小白狐也不知何时溜进了工坊,蹲在叶青云脚边,琥珀色的眼睛盯着模型,尾巴轻轻晃着。
“准备好了!” 负责烧锅炉的年轻铁匠应道,手里拿着火种,等着点火。
叶青云点了点头:“开始吧,先少放些木炭,慢慢烧,别让蒸汽压力太大。”
年轻铁匠把木炭放进锅炉下面的炉膛,点燃火种。木炭慢慢烧起来,炉膛里的火苗越来越旺,小锅炉里的水渐渐热了,冒出细密的水珠,顺着铁桶壁往下流。过了大约一炷香的时间,锅炉的铁管开始冒出白汽,“滋滋” 地响。
“有蒸汽了!” 众人都屏住呼吸,盯着气缸和活塞。邱远山伸手拧开连接气缸的阀门,白汽 “嘶” 地冲进气缸,推着活塞往另一边走 —— 活塞带动连杆,连杆又带着曲轴慢慢转动起来!
“转了!转起来了!” 邱远山激动地喊出声,工匠们也欢呼起来。曲轴越转越快,带动着旁边临时装的一个小木轮,木轮转得飞快,甚至带起了一阵小风。
小白狐也兴奋地叫了两声,从叶青云脚边跳起来,围着模型转了两圈。叶青云看着转动的曲轴,脸上露出了笑容:“不错!第一次试验就成功了!只是蒸汽压力还不够大,曲轴转得还不够快,以后可以把锅炉改大些,用煤烧,压力能更大。”
张师傅凑过去,看着活塞在气缸里滑动,点头道:“密封也还行,没漏多少蒸汽。要是把石棉布再裹紧点,气缸内壁再打磨得光滑些,推力还能大些。”
巴图也道:“曲轴转得顺,就是连杆有点细,要是放大做船上的,得用更粗的钢棍,不然容易断。”
邱远山把大家的意见都记下来,兴奋地说:“咱们先改进小模型,把密封、锅炉、连杆都改好,再做个大些的模型,比如气缸三尺长,能带动真正的小木桨。等大模型成功了,咱们就开始做蒸汽船的大部件 —— 到时候,咱们吴家堡就能有第一艘不用风不用桨的船了!”
叶青云拍了拍他的肩:“慢慢来,一步一步来。蒸汽船是新东西,没那么容易成,但只要咱们坚持试验,不断改进,总有一天能造出能远航的蒸汽船。到时候,咱们的盐、盔甲、皮毛,就能更快、更多地运到江南、大辽城,吴家堡的日子,会越来越好。”
夕阳透过木窗,洒在转动的模型上,白汽在阳光里泛着金色的光。工匠们围着模型,讨论着改进的细节,邱远山拿着纸笔,不停地画着草图,小白狐蹲在一旁,偶尔蹭蹭叶青云的裤腿,整个工坊里,满是对未来的期待与干劲。他们知道,这转动的曲轴,不仅是蒸汽船的起点,更是吴家堡技术跨越的开端 —— 在这乱世里,唯有不断创新,才能走得更远,守得更稳。