【新坑】神灯计划（番外篇）——蒸的好吗1.7完结撒花

晚到的约瑟

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全网首发1840年代立式镗床技术资料

stephenwu

晚到的约瑟 发表于 2021-1-25 10:21
立式镗床

       胡增寿今天这是第二次进工厂了，他忙不迭跑到直奔厂区后面的一排新厂房，那是为了安装新 ...

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xwingx 发表于 2021-1-14 18:57
小小的意见，虽然元老们并不打算摆谱，但对规划民来说，元老们是有生杀予夺大权的权贵。
这才从封建社会过 ...

你对工业时代环境误解太大，尤其是这种初代工业条件。

工业化对人类最大的改造就是要协作。

晚到的约瑟

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晚到的约瑟

蒸汽机的八卦

     “咳……咳……” 周比利清了清嗓子，拉开架子：“这八卦要从从 1775 年到 1800 年，瓦特与博尔顿（ Boulton ）合作研发蒸汽机说起了。”
     “博尔顿，就是给瓦特发明卧式镗床的那个吧？” 顾红军配合着问道。
     “是，当时他已经是一个大工厂主了。他们的强强合作但无疑给蒸汽机的大发展打下了一个坚实的基础。除了卧式镗床，他们还催生了双作用的回旋杆蒸汽机、凝汽器和离心式调速器等一系列发明的诞生。
       瓦特和博尔顿自然为这些发明申请了专利保护，然后收取巨额垄断特许权的使用费。到后期，连扩大再生产都懒得搞了，大部分的零件让承包商生产，自己只负责购买，组装和运维也外包，自己只负责督导。专利保护期内瓦特自己的工厂每年只生产750马力蒸汽机，而授权的外包公司则每年产出了4000马力贴牌蒸汽机。瓦特在经济上可谓赚的盆满钵满。”
     “那这也是专利所得，应该的啊！你们知识分子可不最讲究这套知识产权了吗？苹果外包富士康贴牌生产，也不算大罪过吧！怎么听你口气，挺酸的？”顾红军笑眯眯地嘬了一口枸杞茶说。
    “诶，就是因为瓦特这钱赚的……有点不厚道！”
    “怎么说？”
    “瓦特为了发明蒸汽机吃了不少苦，受了不少难，是不假。从1764年底，瓦特在修复纽科门蒸汽机开始捣鼓发明开始，断断续续搞了5年才出成果，1769年，获得了英国专利。但到1775年以前，瓦特的这些专利几乎没有什么实际的商业化生产。”
    “哦，为什么呢？”
    “套用21世纪的话说，这就是科技成果转化困难：一方面科技发明转化成工厂实际生产，还要继续投入，还有不少路要走，关于这，顾工你懂的；另一方面，企业和市场对新事物也有一个认知和接受的过程，要加速这个过程为新产品打开局面，要写文案，买流量，包网红吧，这也都要钱。可是瓦特穷啊！连书都上不起的穷光蛋一个，没钱，没启动资金，要想商业起飞，他就算有蒸汽机也飞不动啊！”
     “这我知道，瓦特明明是个苦孩子出身，非说人家上过大学，他是在大学里实验室里上过班，但他不是推式子，养耗子，过柱子，人家就是一个修实验器材的打工人，没有上过芳草地，也没有长聘的合同。”
     “谁说不是呢！那么到了1775年，专利保护期到期，按照游戏规则……”
     “专利人人能用了，瓦特升级当活雷锋了！”
     “但顾工，我跟你说……
     “嗯，嗯，快说！”
     “有的事情，你不得不信‘命’！”
     “我一直信，我‘命’就不好，被我家小兔崽子连累来这鬼地方！”
     “顾工，您别这么说，我们元老院上上下下谁不敬着您老啊！”
     “呵呵”喝口水。
     “就在这个时候，瓦特就遇到命里的贵人了！”
     “博尔顿！？发明卧式镗床，帮瓦特镗出不漏气的合格汽缸，让瓦特的蒸发明专利最终成功产业化？”
     “是，但还不全面，博尔顿不仅与瓦特有技术合，商业上也是瓦特蒸汽机的最早买家，同时瓦特早期合伙人在1773年破产，博尔顿还接管了瓦特的债务，算得上他的最大债权人，金主。更重要的是，作为瓦特的贵人，博尔顿还带着瓦特这个穷小子混圈子！”
     “混圈子？！”
     “是啊，混圈子，圈子很重要，圈子决定了一个的格局大小，在结识博尔顿之前，瓦特最多就是个技术能力出众有职务发明的工程师，这样的人咱们元老院多了！”
       憋住，没敢喝水。

     “但瓦特只有一个啊，瓦特之所以成为瓦特，仅仅因为他是瓦特还是不够的，还要混圈子！博尔顿圈子里的大佬敏锐的察觉到了蒸汽机这玩意儿的商业价值！于是有了一波骚操作：在圈子里一位大佬的担保下，英国国会专门延长了瓦特的专利*，而且这一延长不是再延长一个保护期5年，而是25年！直到1800年！”
     “牛啊！不愧是大佬！”
     “当时英国议会中，一位也很牛的大佬，埃德蒙·伯克，据说是个政治家，舌战群儒，以自由经济的名义，反对创造不必要的垄断，但无济于事！因为瓦特背后包括博尔顿在内的利益集团势力太过强大。咱都知道资本主义嘛，那是按照资本投票的，而不是真理。”
     “伟大的革命导师弗拉基米尔·伊里奇·乌里扬诺夫同志说过，资本的垄断，必然催生帝国主义。腐朽的帝国主义！寄生的躺在全世界人民身上吸血的帝国主义！”
     “可不是，咱元老院能躺着吸全世界的血，他瓦特这么躺着吸就有点过分了是吧！”
     “这么年轻就躺平吸血，的确过分了。”猛吸一口水。
     “何况还是不安游戏规则获得的吸血特权！有人就头铁，1790年，当有种叫霍恩布洛尔的新型蒸汽机开新品发布会要面市了，瓦特就拿着法条和专利文件去驱赶竞争者，说其侵犯了自己“曲柄运动”的专利权，强制其停止生产。”
     “依法维护自身权益，没毛病。”
     “但是这是17世纪，虽然有专利法，但是普通人要做到“专利”，其实是呵呵的，那个信息落后的年代，山寨个专利真不是啥大事情，打官司也不怕，拖都能拖死你！否则固特异也不会被山寨的人搞死了是不是？但瓦特背后的资本足够强大啊！人家就是有追求，也有手段，去追逐垄断利润！国会都能专门开会通过延长他专利的法案，那动用国家机器贯彻国家意志的能力也非一般人能比的，至少在英国‘有法必依，执法必严’对蒸汽机专利保护来说，是很好的落实了。”
      “看来瓦特上头有人好办事，抱上大腿了。”
      “可不，瓦特这种有专利了就不让人山寨的难看吃相，有的人就受不了了，特别是以前帮助过瓦特的人。”
      “谁啊？英国康沃尔郡的一些煤老板**啊，这些人比博尔顿还早就认识瓦特。瓦特一开始给他们修老式的纽科门蒸汽机，帮助矿山抽水，瓦特顺便安利自己的蒸汽机。不过，早期瓦特的蒸汽机还不成熟。”
      “嗯，汽缸的镗制还不过关嘛！”
      “每当煤老板向瓦特投诉他到处漏气的蒸汽机，瓦特总是殷勤伺候；煤老板当时看这小伙子可以啊，老实肯干，售后服务随叫随到，还主动996，捏着鼻子找也就继续用了。”
      “主动996，这不挺好？”
      “康沃尔的煤老板们了瓦特最早的一批用户，占当时瓦特销售量的30%将近。”
      “那绝对是大客户了。”
      “瓦特蒸汽机在康沃尔实际使用中也不断改进和发展”
      “资本家和打工人双赢。”
      “但现在垄断了啊，垄断就会带来不公，专利延长后，随之而来的就是高涨的授权使用费。本来瓦特那机器又不是啥高精尖，用了好几年，不少人不仅自己会修了，造都没问题，本来已经想着专利到期，自己复刻了，这到好一下延期25年！延期也就算了，还涨价！”
      “要不怎么说兄弟之间不要谈钱呢！谈钱真伤感情！”
      “最后，康沃尔的原有用户没有和瓦特在专利授权使用上达成一致，资本家不会讲究当年一起共克时艰的情义。秉承契约精神，瓦特马上撤走的所有驻场工程师，立即停止了所有机器的后期维护工作。”
      “资本就是这么不讲情面。”
      “瓦特甩甩衣袖走了，没带走一片煤渣。伤不起的煤老板们一合计，得了，咱也集体抵制瓦特蒸汽机，依旧用老式的纽科门蒸汽机！”
      “那能行吗？不是说纽科门蒸汽机比瓦特蒸汽机效率差多了吗？”
      “资本家当然也明白这点，他们就找了个大佬，瓦特的死对头理查德.特里维西克（Richard Trevthick），让这个大佬来优化纽科门蒸汽机！”
     “为啥说这理啥德的，是瓦特的死对头？”
     “因为那时，搞蒸汽机的也不少，也有不少人对蒸汽机提出了很好的优化方案，但这些优化都是基于瓦特分离式凝汽器专利的。所以这些人都成不了事儿！”
     “明白，核心技术没掌握在自己手里，只能捣鼓个8848元的真皮镶钻手机！”
     “但特里维西克不走这条路，他直接提出，直接作用式的蒸汽机理念。”
     “哎，慢一点慢一点，先给咱科普一下，这啥叫‘直接作用式’，啥又叫‘分离冷凝式’呢？前者又比后者好在哪里呢？”
     “先说瓦特的‘分离冷凝式’，顾工，咱知道，蒸汽机做功，主要是靠活塞在封闭的气缸里来回往复运动。”
     “功=力*距离嘛。初中物理，40多年了，忘得就剩下这点了。”
     “顾工，40多年了，公式捡起来就有，童子功扎实啊！我穿越前就已经忘了。”
     “少来了你！”
     “真没骗您，这临到造蒸汽机我才知道，原来这机器做功的力不是电力，是气力。”
     “咱元老院蒸汽机就更厉害了！非但不用电，连造的过程都没用一度电！”
     “活塞一边的气压高，一边的气压低，压力差产生了对活塞的力，就推着活塞走了。为了得到力，得到压力差，纽科门蒸汽机做法就是在活塞的一边充热蒸汽，另一边撒撒冷水，那撒冷水的那半边，温度是不是就低了？”
     “那肯定低啊！”
     “那低于100°C，这半边蒸汽会怎么样？”
     “蒸汽冷却，变成水！”
     “气体没了，变成水了，那这半边的气压……”
     “没气体了，气压那还用说，就是0啊！”
     “那另一边还通着气呢，比如1个大气压。这活塞两边就有……”
     “1-0=1，有气压差了！有气压差了！有好大的气压差呢。活塞动起来了！”
     “活塞走到行程末端，反过来在冷端充热气，在热端洒洒水，这活塞是不是又走回去了？”
     “妙啊！”
     “但顾工你发现没有，这好比你家里烧水，水烧开了，水壶响了，熊孩子倒了一杯冷水进去，水壶不响，再烧开响，熊孩子又倒一杯水进去……熊孩子这么折腾，就是想听水壶有节奏的唱歌——这是不是很费煤气？你是不是很想揍他？”
     “我那臭小子能有这样探究的精神就好了！浪费点煤气算啥？”
     “顾工，您这是炫富啊！”
     “18世纪的煤老板都没您那么豪气！他们可心疼这些煤了，瓦特的‘分离冷凝式’蒸汽机就是将冷凝得到真空的过程从汽缸里独立出来，这样就大大节约了热量的损失，并将这种带冷凝器的蒸汽机设计申请了专利。”
     “的确是个好方法。”
     “可维西克说：‘瓦特！你的思路同尿路！纯属脱裤子放屁！’”
     “这怎么说话的呢！”

*历史上瓦特有很多蒸汽机相关的专利，有的专利申请通过已经是1775年以后了，但这些专利基本都在1800年都到期了。不知道和这次延长法案有关，还是仅仅巧合，有兴趣的元老可以继续考证（八卦）。

**历史上康沃尔地区并不盛产煤，那些都是锡矿、铜矿的老板。正因为康沃尔地区煤需要运入，成本较高，这些“家里有矿”的，才斤斤计较抽水机的耗煤量，并积极寻求降低煤耗降低成本的新尝试。相反，真正的煤矿，历史的记录中可以看到高能耗的瓦特抽水机用的时间更长。

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纽科门蒸汽机

注意用冷水阀冷却汽缸的设计


瓦特对蒸汽机的早期改良

最重要的一步：分离式冷凝


以上脑补图，可以对比看

xiongbenxiong

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stephenwu

晚到的约瑟 发表于 2021-1-27 11:00
蒸汽机的八卦

     “咳……咳……” 周比利清了清嗓子，拉开架子：“这八卦要从从 1775 年到 1800 年，瓦 ...

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sextant

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xwingx

这还一逗一捧，说上相声了

晚到的约瑟

xwingx 发表于 2021-1-28 14:33
这还一逗一捧，说上相声了

也是被逼无奈——大段的科普，很容易变成枯燥乏味的说明书

希望大家能喜欢这哼哈二人组合

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晚到的约瑟

康沃尔（Cornish）蒸汽机

      “特里维西克的意思是，根本没必要人为制造冷凝，冷凝会带走大量的热量。正确的方法是直接用高于大气压的气体推动活塞，做功的同时，高压端蒸汽体积膨胀，压力降低，气体温度也同时降低，这时将高压气充进另一端，将活塞再推回来。这就是带压气体直接推活塞做功，简称‘直接作用’。很明显这种方案比瓦特的更好。”
      “这简直就是电动轿车和燃油轿车，降维打击！”
      “顾工您也读过三体啊？”
      “啊，没电视，只能看一堆闲书了。”
      “特里维西克和他的后继者们基于这个‘直接作用’的基本理念，对老式的纽科门蒸汽机一通魔改！并且完美绕过瓦特的那些专利技术壁垒。”
     “真大佬出手果然厉害！”
     “‘分离冷凝式’被‘直接作用’代替！*”
     “那肯定的！”
     “曲柄运动专利……”
     “就是坑死霍恩布洛尔的那个专利。”
     “咱不需要！”
     “为啥？”
     “纽科门蒸汽机本来就是横杆式蒸汽机的老祖宗啊，继续用横杆！”
     “老同志继续发挥余热！真不容易啊！”
     “离心调速专利……”
     “哟，这专利可重要啊，蒸汽机提供稳定的输出功率，全靠这离心调速器呢！这个发明在经典自动控制理论的历史地位上课重要了啊！”
     “咱也不用他！”
     “有志气，发明个新的，更好的！更棒的！”
     “不，咱慢吞吞一分钟做功几次，最多十几次，根本用不着那玩意！”
     “革命的够彻底的！”

     “整个机器，为了追求更大的马力，就只有一个技术瓶颈——往大了造，越大越好！”
     “于是70英寸属于小鸡仔，100英寸不算大，最大112英寸都有！”
     “嚯！好家伙！”
     “大就是美，粗就是好嘛！多么符合咱元老院的情趣呀！”
     “啊！这……能行吗？”
     “顾工，您老就把那‘吗’字放回肚里去吧。就这么着，这帮煤老板，为了省专利费为了省烧煤的钱，剑走偏锋，额不，旁门左道，额不，偷工减料，额不……”
     “除旧布新！”
     “对，我就是想说除旧布新！”
     “语文老师都快急死了！”
     “我工科的嘛……总之，一种拥有完全自主知识产权的全新蒸汽机诞生了，因为是康沃尔郡的煤老板们众筹研发的，名字就叫康沃尔（Cornish）蒸汽机。”

     “这……就这……？” 顾红军看看周比利，又看看“南天一柱”庞大的身姿，脑补着它吃力地镗着80英寸的巨大汽缸，想象着这笨重的家伙，一分钟才做几次活塞运动的慢镜头。这一切，都值得吗？
     “周工啊，我们又不用付那死人专利费，直接山寨瓦特所有专利，不香吗？有必要搞出个大家伙，大费周章吗？”
     “您是说造立式镗床，镗大汽缸吗？首先，矿山抽水，都是大家伙，山寨瓦特的也小不了，普遍也在60-70英寸，也要用的到立式镗床，省不了。其次，和瓦特的抽水机相比，他的单位耗煤量可以低到只有其一半！”
    “瓦特的抽水机，肯定不能和他比了，本身热效率也不是最好的。但咱可以用小点的，身材正常些的蒸汽机吗？虽然身材小，但是手脚快（转速快）呀！是不是一样能胜任矿山抽水呢？”
    “您说是用墨子I型这类通用型蒸汽机当矿山抽水机是吧？”
    “是啊，这些卧式固定蒸汽机的生产能力是现成的，不用添加新设备。”
    “我们一五期间的矿山抽水，就是使用墨子I型的，但实际情况……顾工，您是自己人，我说句临高日报上看不见的大实话——‘并不理想’啊！”
    “哦，是吗？”
    “矿山抽水机的工况，那都是泥里水里打滚，工况恶劣，而通用蒸汽机的活动零件又大大多于横梁式蒸汽机，24小时连续工作下，故障率就更上升了。而且经济性上也不占优。康沃尔蒸汽机19世纪初刚问世就吊打瓦特蒸汽机咱就不说了，其实他的经济性甚至堪比1850年代最优秀的卧式蒸汽机！”
    “这么优秀？”
    “可不是！很多人不知道，19世纪的很长一段时间里，他就是咱这个世界上热效比最高的热机机型。要知道作为矿山抽水机，这种大功率，连续工作的机器，哪怕是1%的效率差异，背后也意味着巨大的经济成本，更何况这个家伙还比卧式蒸汽机皮实，耐操，不会坏！”
    “但我们有400年的技术啊，1850年代的技术没优势，咱可以持续为卧式蒸汽机升级啊！走高压复涨的技术道路升级，不断提高自己的效率，这家伙能行吗？”
    “诶，顾工，您还真别瞧不上这家伙，人家历史上可是一直流行到20世纪初，那时候已经满世界高压复涨机了！也没撼动他的地位，为啥？”
    “为啥？”
    “人家也能高压复涨！而且改复涨的技术要求还特别低，康沃尔蒸汽机是元老院最容易复刻的复涨蒸汽机，因为人家复涨不用曲轴，还是用横梁！可以完全绕开现在复涨机道路上卡着我们的曲轴加工问题！我就准备用上几十年，积累好技术参数，下一步就出复涨版本的康沃尔蒸汽机了。”

       几十年？顾红军心想，元老院10年里还不能点亮电机，30年里还不能普及电气化，一心想着蒸汽机缝缝补补用几十年，这帮多铆钢蒸党的怨念还真深啊！不过想想这都三四十年以后的事情了，到时候自己在哪里埋着都不知道呢！就由着这帮孩子折腾吧！顾红军笑而不语，喝了口枸杞茶，悠悠道：“这可是重大利好啊！据我所知元老院上上下下，有复涨蒸汽机执念的元老可都快有一个连了！”

     “说到复涨，历史上康沃尔蒸汽机基本上用不坏，很多老机器，一用几十年，然后接受改造，变复涨机，通上更高压力的蒸汽，接着再用几十年！所以担心康沃尔蒸汽机的制造成本高的元老，可以算算，这么分摊下来，这机器成本还算高吗？”
     “这真用回老本了！”
     “反正资本家是最会算的，康沃尔蒸汽机在历史上被欧亚、北美广泛使用，20世纪初，上海新建自来水厂，英国人控制的工部局新购置的水泵还是200马力的康沃尔蒸汽机。”
     “这么看来，这康沃尔蒸汽机除了大点儿，笨重点儿，还真是个好东西罗！”

     “那可不是，但是任何反动派都不会安心自己的失败。”
     “噢？这话怎么说？”
     “瓦特自然不会甘于这样被挤出市场的。于是，瓦特就四处造谣，宣传高压蒸汽机不安全，容易爆炸，以此抹黑对手。瓦特是老前辈，德高望重，他说的话，许多人都相信。因此，在瓦特的打压下，特里维西克生产出来的高压蒸汽机，很长时间并不被市场接受。特里维西克，最后孤身一人，在贫民窟中贫病交加中死去，死后身无分文。”
     “挺惨的！但高压蒸汽容易爆炸，这也好理解啊！元老院也有一票元老，一直担心咱蒸汽机厂的产品是炸弹，不同意蒸汽机厂增能扩产么？”
     “要不怎么说，瓦特的这种流言遗毒很深呢！连咱元老院都深受其害！其实我们所谓的高压蒸汽机的工作压力也就是高于标准大气压8,9倍了不起了。而旧时空高压蒸汽的定义是至少98个大气压，12个大气压以下的都是低压，低压啊！我们连低压的上限都没摸到呢！高压爆炸说的根本不是一个概念。这帮人不是喷子一样笨，就是瓦特一样坏！真要是发生高压蒸汽爆炸事故了，反而从侧面证明我们元老院的科技水平已经提升到一个新高度了，简直就是一件喜事了！”
     “你这是要丧事喜办呀！”
     “不不，我就是澄清概念。而且就算是现在标准下，咱的蒸汽机都有安全泄压阀，厂里厂外就没出过一起蒸汽机爆炸的工伤。倒是现在咱辣鸡的材料和密封，各种管路的高温蒸汽泄漏问题不少。检修工走在蒸汽管路附近，简直就是进了雷场！”
     “怎么说？”
     “不知道何时何地，哪个接缝就漏气了，喷你一脸169.6C°的蒸汽！”
     “嚯！这是要烫秃噜皮啊！”
     “是啊，漏气才是日常，爆炸？那是瓦特的谣言！”
     “其实啊，瓦特这种做法也不新鲜，一百多年后，发明电灯的爱迪生主推直流电，为了经济利益，爱迪生同样祭出了造谣的手段，高压的交流电会电死人，还当众电死一头大象，渲染触电致死的恐怖，造成大众的害怕，为的就是抹黑特斯拉主推的交流电。可见，商业竞争自古以来就是你死我活，各种阴招损招层出不穷，没有多少道德可言。”

    “顾工，您说的太对了！瓦特的造谣抹黑，以及设置的各种专利壁垒，阻碍了高压蒸汽机的推广，特别是阻碍了火车、轮船、汽车的发明与发展。因为蒸汽机驱动交通工具，显然需要效率更高的高压蒸汽机。作为蒸汽机的发明人，瓦特的后半辈子并没想当那个时代的救世主，人类文明之光，去有力地推动工业革命，他功成名就的后半生，作为既得利益者，却设置了许多专利壁垒，造谣抹黑后辈，阻挡了后人的前进。”
     “这也容易理解，大范围更换高压蒸汽机，将损害他的既得利益。”穿越众一向自诩是17世纪世界上最先进的生产力的代表，可是等他们篡取了统治权后，他们的屁股自然就坐到了既得利益的那一方。“既得利益集团”呵呵，任何时代，这都是最反动最腐朽的代名词。可元老院里总有人得了利益还不承认自己的反动，总想着要当这个世界的救世主，这是真的很傻很天真？还是忽悠土著多了，反而自己把自己忽悠瘸了呢？要想既得利又不反动，势必就要代表广大人民群众的基本利益了，瓦特没这个觉悟，你就有了？等等，有了的话，那不就成了我党了？想到这里，顾红军不禁哑然失笑，想到元老院现在要求土改发动群众斗地主的声势一天高过一天，工厂里工会联动，元老捧着红宝书唤醒工人当家作主的意识……这样不断努力，有朝一日元老院自己培养的掘墓人，高唱“世界上没有救世主”，打倒元老院，开批斗大会，将元老们一个个挂路灯，真是一幕意味深远的穿越喜剧啊！而且还TM超级主旋律！
周比利并没有注意的到顾红军意味深长的笑意，还在大谈康沃尔蒸汽机可以结构不大概的情况下，轻松升到十几个大气压，用复涨方式工作，能更经济云云……
       这孩子挺执着的，人不坏，甚至挺可爱的！就是有些缺心眼。周比利兴奋的东西和他顾红军关系并不大，顾红军笑着说：“给人玫瑰手有余香，如今能镗大气缸了，周工也要多给机械厂供应大马力的原动机啊！”

*实际上康沃尔蒸汽机也有冷凝器，所以历史上比较求稳的特里维西克一开始并没有大张旗鼓地在康沃尔以外的地区推广他的机器。康沃尔蒸汽机的广泛应用历史上要到1830年代之后了。

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康沃尔式蒸汽机（Cornish Engine）的结构和工作原理介绍

康沃尔式蒸汽机在蒸汽机发展历史地位上是如此重要，以至于《技术史》专门为这种蒸汽机开了一个章节进行详细介绍：

康沃尔循环取得了如此显著的成功，因而值得对它进行比较详细的论述。

图 47 给出了单作用康沃尔式抽水用蒸汽机的汽缸和阀门剖面。开始时活塞位于顶部，由锅炉供给的压强为每平方英寸 40 ~50 磅的蒸汽流经进汽阀 A 进入汽缸，驱动活塞向下运动，此时阀门 B 处于关闭状态。同时，活塞下面的汽缸空间通过排汽阀 C 与凝汽器相通。当活塞运动到行程的 1/1O 到 1/5 时，阀 A 关闭，切断了蒸汽流，剩余的行程是靠蒸汽的膨胀来完成的【同人作者按：这个阶段就是所谓的“直接作用”】。在一个缓冲调节器的作用下，活塞暂停了一下，以让泵筒里注满水，【同人作者按：这个过程的控制在卧式蒸汽机中由离心调速器控制，而在这里以一种类似液压的机构代替完成，并且效果很好。】之后，当行程结束时平衡阀 B 开启，而阀 A 和阀 C 关闭。这时，蒸汽从活塞上部通过阀 B 流到活塞下部的空间中，但不直接流人凝汽器。在泵杆和滑块重量的作用下，处于平衡状态的活塞再次上升。当活塞移动到接近汽缸顶部时，阀 B 关闭，剩余的蒸汽被压缩而起到了缓冲效应，同时废汽通过阀 C 而排人凝汽器。这里用了哈维（ Harvey ）和韦斯特（ West ）于 1839 年发明的双座阀，以消除旧式瓣阀突然关闭时所引起的震动。康沃尔式蒸汽机经济效果提高的主要原因是： ( a ）提早切断蒸汽流； ( b ）利用蒸汽膨胀来做功；( c ）从进汽到排汽，温度的下降实际上是分两个阶段进行的，即在活塞上方，是从进汽到放汽；在活塞下方，是从放汽到排汽，这样就使得活塞上方的余隙空间从不与凝汽器直接相通； ( d ）汽缸、蒸汽管路和锅炉的隔热层防止了热量向周围空间的散发。

如下图：“高压蒸汽”从活塞下方进入气缸，靠体积的膨胀直接作用于活塞将活塞顶起，同时活塞下方空间增大，蒸汽压力“自然”下降，并不依赖冷凝器。

图 48 给出了泰勒（ Taylor ）关于康沃尔式抽水用蒸汽机的一个很好的构思， 1840 年佩伦铸造厂（ Perran Foundry ）为联合矿业公司（ United Mines ）制造了一台这样的蒸汽机。它的大小可用图中值班员的身高来推断。它的汽缸直径为 85 英寸，行程为11英尺，每分钟完成7.5 次往复行程时，产生的最大功率为 220 马力；此数值是1851 年时用这种泵每分钟抽水 500加仑时测得的。那根铁横杆是由固定在一起的各长 34 英尺的两根平行的铸件制成的。在 1840 年有限的设备条件下制造和安装这样大型的蒸汽机是要有相当熟练的技术的，这不由不令人对那时的康沃尔工程师们所取得的杰出成就表示赞赏和尊敬。

随着制造经验的丰富以及大量需要蒸汽机的矿井的深度越来越深，蒸汽机的规格也随之增大。 1856 年，海尔的哈维公司（ Harvey &  Company ）为索斯握克和沃克斯霍尔自来水公司 ( Southwark and Vauxhall Water Company ）的巴特西泵站制造了一台汽缸直径 112 英寸、行程 10 英尺的蒸汽机。

由于康沃尔式蒸汽机保护协会（ Cornish Engines Perservation Society ）的成功努力，一些出色的康沃尔式蒸汽机才免遭破坏而保留了下来。其中一台蒸汽机是由船长格罗斯（ Samuel Grose ）设计，桑兹、卡恩和维维安公司（ Sandys , Carne & Vivian ）于 1854 年在海尔的科拍豪斯铸造厂（ Copperhouse Foundry ）建造的。该机的汽缸直径为 80 英寸，行程为 10 英尺 4 英寸。它是现存的最古老的康沃尔式蒸汽机中的一台，经过两次迁移以后，最终于 1903 年重新安装在南科罗夫蒂（ South Crofty ）的罗滨逊的竖井矿区。在那里，它连续工作了 50 年，现已光荣“退休”。一台更大的蒸汽机是由哈维公司的海尔铸造厂（ Hayle Foundry ）按照特雷斯特雷尔（ Nicholas Trestrail ）的设计为布雷亚角矿（ Carn Brea Mine ）制造的，它是在康沃尔郡制造的最后一批这种类型的蒸汽机中的一台，其汽缸直径为 90 英寸，行程为 10 英尺，并于 1924 年重新安装在东普尔和阿加尔矿（ East Pool and Agar Mine ）。

由于伦敦是英国人口最多的城市，满足对水的需求，一直是各个供水企业所面临的迫切任务。这些供水企业是在 1902 年大都会供水局（ Metropolitan Water Board ）建立之前的 19 世纪发展起来的。为伦敦制造的功率最大的康沃尔式蒸汽机之一被命名为“维多利亚” ( Victoria ) ，它是由哈维公司为东伦敦自来水公司制造的， 1854 年安装在利桥（ Lee Bridge ）的泵站。该机的汽缸直径为 100 英寸，行程为 11 英尺，由 8 台康沃尔式锅炉供给蒸汽，蒸汽压强为每平方英寸 40 磅。

晚到的约瑟

《技术史》还提到，历史上有一种蒸汽机虽然外观上看起来与康沃尔式蒸汽机很不一样，但它本质也是以康沃尔式循环的方式来工作的。可以看作是康沃尔式蒸汽机一个变种，因为布尔（ Edward Bull ）在 1792 年引人了这种机器，故称为布尔蒸汽机。该机的汽缸是靠横贯机房的一些横梁支承在泵轴上方的，而穿过汽缸底盖的活塞杆与泵筒柱塞直接相联。布尔去掉了笨重的横梁，采用了小型的机房。

技术史没给出配图，让这段描述有些云里雾里。本元老扒了一下，把这种蒸汽机的图也一铲子从坑里翻出来晒晒：

从图上就能直观感受到布尔蒸汽机为啥能用了小型的机房。不过作者觉得这样的半地下建筑其实并不利于平时维修和后期改造。

布尔蒸汽机也和康沃尔蒸汽机一样经久耐用。哈维公司制造了数台这种类型的蒸汽机，其中两台是在 1855 年制造的，汽缸直径为66英寸；一台是在 1857 年制造的，汽缸直径为 70 英寸；还有一台是 1871 年制造的，直径是 90 英寸。这些机器都是为索斯渥克和沃克斯霍尔自来水公司制造的。大都会供水局在伦敦附近的基尤桥（ Kew Bridge ）泵站保存了一台由哈维公司在 1859 年制造的汽缸直径为 70 英寸的布尔蒸汽机和其他 4 台大型的具有历史意义的蒸汽机。这 4 台蒸汽机中的两台分别是在 1820 年和 1838 年制造的，一台是 64 英寸瓦特横杆式抽水用蒸汽机，另一台是 64 英寸莫兹利横杆式抽水用蒸汽机。后来，这两台蒸汽机都被改造为康沃尔循环方式。另外两台是 1846 年由桑兹、卡恩和维维安公司制造的 90 英寸康沃尔式抽水用蒸汽机和 1871 年由哈维公司制造的 100 英寸康沃尔式抽水用蒸汽机。后者一直用到 1946 年 5 月。

这里介绍布尔蒸汽机，是因为有现成的这种蒸汽机从单涨改造成复涨的资料

图文配合，说的挺清楚，我就不多说明了。康沃尔的蒸汽机复涨改造无非就是将横杆放到上方

还可以像下图这样左右开工，高低压复涨“全双工”方案


总之横杆式蒸汽机复涨不用曲轴，技术上很容易实现

晚到的约瑟

康沃尔蒸汽机历史上那些好到“令人发指”的能效数据：

康沃尔的矿主们从 1811 年开始出版一份关于其蒸汽机性能的定期报告*，在第一份报告中，被侧试的 12 台蒸汽机的平均能率为每蒲式耳煤不超过 1700 万英尺磅。到 1816 年， 35 台蒸汽机的平均能率已增加到 2300 万英尺磅。而到了 1826 年 51 台蒸汽机的平均能率达到了 3050 万英尺磅．能率的提高除应归功于蒸汽机的更新和改进以外，还应归功于被激发起来的竞争精神。到 1844 年，康沃尔的蒸汽机的平均能率据说已达到 6800 万英尺磅加，而在个别案例中甚至有更高数值的报道。最高记录据说是由建造在福伊·康索尔斯矿的汽缸直径达 80 英寸、冲程为 10 英尺的蒸汽机创造的，其能率为每 95 蒲式耳煤 12 500 万英尺磅，这是在 1835 年公布的。因为这一数值确切地说几乎相当于1.5 磅煤每马力小时，这是很难令人相信的。【同人作者按：作者本人和当时的人一样，对这好到令人发指的能效，严重怀疑！然而，当时的人实际调查的结果……】
*1811 年，康沃尔的矿业经营者组织了一个协会，该协会经研究决定每月定期编印内部交流资料，详细刊载协会成员各自名下的蒸汽机的运转情况，以及耗煤量等信息，具体的信息收集工作由独立的第三方审计员负责进行。后来当地大多数矿业经营者都加人了这一协会，该协会定期编印的 《 李恩蒸汽机月度报告册 》 （Leann's Engine Reporter）详尽记录了当地大多数蒸汽机的运转情况，该报告册的编印工作一直延续到 1904年才宣告停止。有了这份报告册之后，工程师们就可以借鉴其他公司拥有的性能优越的蒸汽机在结构设计上的长处，并吸收其他公司的同行们在改良过程中获得的有益经验。


最初，英国其他地区主管大型给水设的工程师们对当时所声称的沃尔式蒸汽机的经济效果表示怀疑。当时，这些工程师面临的任务是设法去满足因工业发展和人口增加而引起的供水量大增的需要，但他们同时又面临着煤的成本高这一不利条件，因为所用的煤往往是从很远的地方运来的。于是东伦敦自来水公司（ East London Waterworks Company ）的董事会派遣工程师威克斯蒂德（ Thomas Wicksteed ）到康沃尔去调查有关康沃尔式蒸汽机的那些说法。由于他提出了表示赞同的调查报告，该公司在 1837 年买了一台与那时在福伊康索尔斯 ( Fowey Consols ）所用的蒸汽机相似的二手机器。这台蒸汽机已经达到了不小于 9500 万磅的能率，这是当时的最高纪录。 1838 年，这台蒸汽机重新安装在老福德泵站（ old Ford Pumping Station ）。测试结果是，该机的抽水能率达到了 9000 万磅，而瓦特蒸汽机的抽水能率却只有 4000 万磅。这台蒸汽机在那里一直使用到 1892 年被拆掉时为止。在这半个世纪中，采用康沃尔式蒸汽机已成了规范的做法。当旧锅炉必须更换时，也往往把原来用的瓦特蒸汽机改装成以康沃尔循环方式进行工作。然而在诺森伯兰煤矿，直到 1860 年才开始采用康沃尔式蒸汽机，因为那里有大量的煤，煤质虽差，但价格便宜，因而不像其他地方那样鼓励节约用煤。


从上表中能看出，科利斯蒸汽机是19世纪中期到末期，卧式固定蒸汽机的翘楚，具体后续会展开介绍。但在能效方面，对康沃尔蒸汽机完全没优势。“三涨不出，谁与争锋？”

另一处资料

最后，不管信或不信这些历史数据，我摘录20世纪初，蒸汽机已经发展成熟接近尾声时期，对康沃尔蒸汽机的历史评价作为总结吧

1905年出版《The mechanical engineering of steam power plants》

The primary advantage of the Cornish pump is that the motion of the water through the valves and pipes is made the controlling element. Large masses of water can only be accelerated as demanded by crank motion at the expense of considerable work which is un profitably expended.
Second, the masses of the pump-rods serve as a reciprocating fly-wheel.
Third, the single-acting principle of working enabled the Cornish pump to work with much greater economy than less carefully designed pumping-engines belonging to its earlier period. The duty of the best grade of Cornish engine stated in the usual form has been about 100,000,000 pounds of water raised one foot high by the combustion of 100 pounds of coal.
Fourth, its ability to work successfully with a very small number of strokes per minute.
康沃尔泵的主要优点是使水通过阀门和管道的运动成为控制元件。 只能按照曲柄运动的要求来加速大量的水，但要付出大量的工作，而这是无利可图的。
第二，泵杆的质量充当往复飞轮。
第三，工作的单作用原理使康沃尔泵在经济上比早期设计较差的抽油泵发动机大得多。 以通常的形式表示的最高档的康沃尔发动机的责任是通过燃烧100磅煤将大约1亿磅水提起一英尺高。
第四，它以每分钟很少的行程成功工作的能力。

晚到的约瑟

排版占位

stephenwu

晚到的约瑟 发表于 2021-1-29 15:50
康沃尔（Cornish）蒸汽机

      “特里维西克的意思是，根本没必要人为制造冷凝，冷凝会带走大量的热量。 ...

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愚幸SZ

康沃尔蒸汽机历史上那些好到“令人发指”的能效数据，....简直技进步的巨大意义呀。
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晚到的约瑟

更新92楼，科普些锅炉知识

stephenwu

晚到的约瑟 发表于 2021-1-12 10:58
排版占位
各种锅炉科普时间

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徐立扬

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晚到的约瑟

瓦特时代蒸汽机和发展

为了让蒸汽机能完成水泵以外的动力需求，就要想办法将原来蒸汽机的垂直往复式运动输出，改为圆周运动的输出，这样才能更好的用蒸汽机驱动机器，比如镗蒸汽机的镗床，火车的车轮。

瓦特的行星齿轮专利很好地解决了这个问题，让蒸汽机从坑里爬了出来，走向了更广阔的空间


这张图来自19世纪末，细节更清楚些——A是飞轮，B、C是行星齿轮机构。这可是著名的“行星齿轮”专利，现在也有很广泛的应用


看动图能更形象直观地理解蒸汽机运作的原理


如之前介绍“康沃尔”蒸汽机时所说，横杆式蒸汽机改造成复涨蒸汽机很容易。历史上瓦特直到退休也没在这方面有所建树（他当然不会有所作为，按照他的论调，工作气压的升高，会带来“爆炸”！）但别人在他形制的蒸汽机上还是进行了复涨改造，从而提高了能效，也延长了很多老式瓦特蒸汽机的使用寿命，这就是“麦克诺特”蒸汽机


“麦克诺特”蒸汽机的能效见下方资料

可见，“麦克诺特”蒸汽机可以吊打老式的瓦特蒸汽机，但5磅/马力.小时的成绩对比“康沃尔”那1.5磅/马力.小时，如同元老院穿越般的成绩，依然根本不够看的

不过即使当蒸汽机需要用于旋转式任务时，也没有令人信服的理由解释为何非要用笨重的摇梁。1803 年，弗里曼特尔（ William Frcemantle ）申请了“蚱蜢式”机构的专利，而在美国，伊文思也应用了同样的原理。“蚱蜢式”机构是基于几何学上的原理，即如果一根直的连杆由于连着一根半径杆，其中点只能沿着一个圆弧运动，如果连杆的一端被强制沿一条直线路径移动，则连杆的另一端将沿着与第一条直线相垂直的第二条直线移动（图 111 ）。实际操作中，活塞杆连结着连杆的一端作垂直移动，而连杆的另一端自由地在一小段圆弧上移动，几乎相当于一条水平的直线。连杆的中点由一根半径杆支撑住。因此活塞杆的运动就能成为直线而不需要滑动。


这种新型的机械结构很容易让人想到，将气缸横过来，这样的圆周运动是不是更顺畅？


不过，这在当时又是一种惊世骇俗的想法。由于人们一直相信如果将汽缸放平，担心活塞的自重会使汽缸下半部比上半部磨损得更快，这可能是一直没有将汽缸水平放置的原因。这类蒸汽机在1825年以前几乎没有被采用过！

不过该来的早晚要来的！

固定的卧式蒸汽机是从 1826 年开始制造的，目的是驱动制造厂和碾磨厂中的机器。估计大家伙已经忍受不了横杆式蒸汽机输出的圆周转速了，还记得前文我介绍的“康沃尔”蒸汽机吗？每分钟十几个冲程已经是“高速”了！据说，一家伦敦的公司 ― 位于城市路（ City Road ）的泰勒一马蒂诺公司（ Taylor & Martineau ）在那时就制造了最早的一种卧式蒸汽机。它就是 1826 年出版的一幅版画中所示的那台蒸汽机（图 49 ）。该机的汽缸水平地安装在两个铸铁侧架之间，这两个侧架还支承着曲轴轴承以及为十字头上的滚轴而设置的导槽，水平的活塞阀和凝汽器均位于汽缸下方。

ethonjohn

太磨几了，这么久才更新

terenc

啊啊啊，见到了很多蒸汽机，赞美更新

stephenwu

晚到的约瑟 发表于 2021-2-5 16:23
瓦特时代蒸汽机和发展

为了让蒸汽机能完成水泵以外的动力需求，就要想办法将原来蒸汽机的垂直往复式运动输 ...

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晚到的约瑟

后瓦特时代的蒸汽机及墨子I型


他来了！他来了！
上回说到卧式蒸汽机终于在历史上出现了！

相比横杆式蒸汽机，卧式蒸汽机带来了显著的变化。曲柄和曲柄轴使活塞的往复运动转化成圆周运动更加的简洁高效，转速也从十几，二十来转迅速飞升到百十转！



有动图！看得更明白！


当时（19 世纪中）出现了一系列有名的公司，例如霍恩斯比（ Hornsby ）、罗比（ Robey ）、坦耶（ Tangye ）、马歇尔（ Marshall ）、加洛韦（ Galloway ）、马斯格雷夫（ Musgrave ）和希克-哈格里夫斯（ Hick- Har greaves ）等公司制造了成千上万台靠康沃尔和兰开夏锅炉来提供蒸汽的卧式蒸汽机。

元老院的墨子I型的原型机就是历史上霍恩斯比（ Hornsby ）公司制造的，具体考证请参看29楼。考证过程中可以知道，霍恩斯比公司的可移动式卧式蒸汽机在当时的各种比赛中斩获不少奖项，是当年一款设计优秀的蒸汽机。那么他的设计又有什么过人之处呢？

下图是墨子I型的原型机汽缸的剖面图


图中红圈部分的空腔就是瓦特时代的蒸汽机不具备的结构——汽缸的夹套。

这个时代的蒸汽机不再需要靠冷凝器产生压差让活塞做功了。蒸汽的冷凝成水反而是有害的。他不仅会带走宝贵的热量，也会让卧式汽缸内积水，造成气缸的爆裂。因此汽缸的保温成了提高蒸汽机能效的有效手段。

汽缸的夹套，利用汽缸外层的夹层，让温度不会从汽缸壁散失。研究数据表明这种简单的措施可以节约10%的燃料。墨子I型的原型机是世界上最早采用蒸汽夹套保温措施的蒸汽机之一。因此在同时代众多的卧式蒸汽机中这10%的差距，为他带来了无数的荣誉和嘉奖。

stephenwu

晚到的约瑟 发表于 2021-2-9 08:43
后瓦特时代的蒸汽机及墨子I型

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镭射

晚到的约瑟 发表于 2021-2-9 08:43
后瓦特时代的蒸汽机及墨子I型

请问老兄这个墨子一型的原型是什么机器？