瓦特(10)_學達書庫

一〇

　　瓦特反對利用高壓發動機的另一個理由，是「有助於活塞下降」的真空裝置會造成損失，其實，這種說法是自相矛盾的。實際上，這種損失只高達一個大氣壓，即每平方英寸13～14磅的壓力，特裡維西克後來的試驗表明，當他把蒸汽加壓到每平方英寸100磅或100磅以上時，這種損失簡直是微不足道的。此外，特裡維西克還表明，瓦特發動機上的真空裝置的優越性，在某種程度上是被冷凝氣泵耗費的力所抵消了；而冷凝氣泵又是保持真空狀態所必不可少的。

　　瓦特和特裡維西克共有的惟一特點是：兩個人幾乎都沒有一點精明果斷的經商能力。而在其他各個方面，他們則大相徑庭。奇怪的是，他們這種天生固有的秉性，似乎也如實地反映到了他們各自的創造發明上。瓦特的那種大型橫杆式發動機，設計得機身龐大、沉重、運轉緩慢、無噪音，而且運轉起來是那樣從容不迫，準確無誤，這正是其製造者獨具匠心的真實寫照：謹慎、執拗、意志堅定和對工藝精益求精的態度。而在赫爾蘭礦區的特裡維西克式堪稱為技術傑作的高壓柱式發動機，其爆炸似的排氣聲，在5英里以外的地方都能聽得見，它簡直集中體現了其製造者那種變幻莫測的創造力、勇猛的膽量和真正的潛力。

　　赫爾蘭的這台發動機，僅僅是瓦特初次試驗的那種裝置的擴大型號而已，因為既做活塞又是活塞杆的柱塞杆，直接驅動抽水杆而不通過橫杆起作用。瓦特不敢再對能頂起15磅重量的小活塞進一步加以改進。而特裡維西克則用一個高12英尺、直徑33英寸的汽缸，取代了瓦特的小注水器；他所使汽缸充氣的壓力相當高，因此當它噴汽轟鳴時，就像從鍋爐安全閥沖出的藍色火焰一樣。把人們嚇得惶惶而逃。當瓦特進行首次試驗時，特裡維西克還沒有出生，但是當瓦特拆掉了他的裝置，並決心另走一條不同的道路時，在這兩位偉大的工程師之間的最終的尖銳衝突就註定要發生了。

　　4.勇闖新路

　　瓦特在擯棄了高壓蒸汽的試驗之後，他未來的進程似乎也是預先安排好的，因為導致他以後幾次試驗的情況完全是偶然發生的。在這方面，約翰。安德森教授在無意中起了作用。

　　在瓦特的第一位大學朋友和贊助人迪克博士于1757年5月去世後，安德森便接任了他的自然科學教授的職務。大學責成安德森負責修復一台紐科門式發動機的操作模型，這台模型曾被送到倫敦的一位名叫西森的儀器製作師那裡修理過。顯然，西森未能勝任這項工作，因為最後把這台模型取回來時，發現它仍然轉動不了。因此，安德森便派人把這台小型模型轉送到了瓦特的作坊，並吩咐他使其恢復正常運轉。不難想像，瓦特對於這一突如其來的天賜良機感到喜出望外，精神振奮。對瓦特來說，手頭有了這麼一台模型，要比只看一下與原物大小一般大的發動機要寶貴得多。他通過閱讀資料，獲得了知識，這就使他很快能讓這台發動機運轉起來，但是他對這台發動機的運轉情況卻很感失望。因此，為了瞭解他之所以感到不滿意並努力加以改進，在這裡有必要簡要地介紹一下紐科門式發動機的工作原理及其應用方式。

　　紐科門式發動機體現著早在他之前便已經確立的兩個科學原理的實際應用，其一是大氣具有重壓作用，從而使空氣對凡是已將它排除的空間就無孔不入。早期的自然科學家們曾把這種結果，用一言以蔽之即「大自然憎惡真空存在」，但是，他們在製造真空來表明這一點理由上卻遇到重重困難。德國薩克森的奧托。馮。格裡克（1602—1686）和愛爾蘭人羅伯特。博伊爾（1627—1691）倆人都曾用設計氣泵的方法，把密封容器內的空氣抽乾淨，從而獲得這方面的成功。然而，法國人丹尼斯。帕平（1647—1714）用來造成真空的方法卻迥然不同。他的方法表明，如果在一個密封容器內充滿了蒸汽，那麼空氣就會被排出，而當這個密封容器冷卻後，裡面就會產生真空，因為蒸汽凝聚成水後所占的地方，只是密封容器全部容積中很小的一部分。這就是紐科門應用在他發動機上的第二個原理。

　　紐科門使用了一個在頂部開口的豎式汽缸中工作的活塞，他把這個汽缸直接安裝在鍋爐之上。蒸汽壓力只要略大於大氣的壓力，蒸汽就可隨意流入活塞下被封閉的汽缸底部。這個活塞通過鐵鍊，與一個扇形齒輪連接，並把這個扇形齒輪裝在一根木杆的一端，而橫樑的中心則裝有一個樞軸。在橫樑的另一端，可用同樣的方法連接著泵杆。由於泵杆的重壓（在某些情況下還要平衡，借助于一種平衡砣來調整），把活塞拉向汽缸的頂部，與此同時進汽閥就被打開，使蒸汽沖入汽缸。隨著活塞到達衝程的頂端，進汽閥便被關閉，注水閥即告打開。這就使冷水從安裝在高處的水箱裡噴進汽缸，水箱之所以安裝在高處是為了提供一個良好的水位差。在那張著名的格拉斯哥模型圖紙上，可以清楚地看到這個注水箱。噴射冷水的目的是使汽缸裡的蒸汽冷凝，因而造成真空。於是，大氣壓就作用於活塞上面，把它壓下來，從而提起泵杆，把水從礦裡抽出。這樣一道工作程序就完成了。汽缸裡的蒸汽冷凝後的水和注入的水，以及隨著蒸汽帶進汽缸的空氣，則通過排水閥和排氣閥排放乾淨，否則就會積聚起來，用當時流行的一個形象的說法，就是這台發動機就要「動彈不了」。關於最初的紐科門式發動機，蒸汽閥和注水閥據說都是人工操作的，但它們不久便通過高架橫樑上的一根被稱為塞杆的裝置而機械地進行工作了。

　　正像在前面提到過的那樣，對紐科門式發動機的主要反對意見是它的燃料消耗量特大。瓦特讀過關於這一問題的權威性論述，其中指出，汽缸經噴注水冷卻以後，要不斷被重新加熱，在此期間，以蒸汽形式產生並使用的部分熱量便被浪費掉了。例如，德薩古列斯就堅決反對以鐵制汽缸來取代最初時期發動機上所用的黃銅汽缸。他振振有詞地爭辯說：薄壁的黃銅汽缸比起傳熱慢而又笨重的鐵汽缸來傳熱和散熱要迅速得多，因此，採用鐵汽缸是倒退了一步，這就使發動機的效率降低了。儘管如此，鐵制汽缸還是成功了。

　　由於技術上的原因，用鐵鑄造的汽缸要比用黃銅鑄造的汽缸大得多，這就使得製造那些能從較深處抽水的並具有大功率的發動機成為可能。對於那些煤礦主來說，只要這些發動機能有更大的功率，把水從礦井中排除乾淨，效率的高低卻是無關緊要的。然而，這台小發動機的模型的運轉特性卻故意與一絲不苟的瓦特作對。

　　瓦特發現這台發動機模型耗費的蒸汽如此之多，以至超出了那只使之運轉的小鍋爐的能力，而一次只能完成幾個衝程而已。他決心要找出造成這種狀況的原因，而他解決這個問題的方式與前人相比，則要根本得多，科學得多。在此之前，德薩古列斯並沒有對如此過度耗費蒸汽這一問題給瓦特提供過完整的答案，但他意識到在做深入研究之前，他必須從已知的常數中確定某些測量的基礎。在大氣壓力下，一定數量的水能產生多少數量的蒸汽？而要蒸發這樣數量的水又需要多少熱量？並且在產生了這樣數量的蒸汽之後，又需要多少冷水才能使蒸汽冷凝還原為水？在提出這些問題並尋求其答案的過程中，瓦特探索的思路同約瑟夫。布萊克是一樣的，儘管他沒有意識到這一點。

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