瓦特(29)_學達書庫

二九

　　在這件情節曲折的事件中，需要強調的一點是，皮卡德所取得的發明專利，是齒輪與平衡錘結合在一起的曲柄，如果僅僅指的是曲柄應用的話，那麼瓦特當初認為它不值得申請專利的想法，幾乎肯定是正確的。假如他堅持這種認識，他本來就會製造出一個裝有曲柄的發動機來進行試驗，但當時他卻固執地拒絕了這種做法，因為他堅持認為皮卡德的發明專利把這條路給堵死了。皮卡德和沃斯布拉夫再次請求允許他們建造瓦特式發動機，並且他們提出，不僅願意支付這方面的款項，而且還宣佈博爾頓和瓦特可以不受約束地在他們的機器上，使用曲柄裝置以作酬謝，不過瓦特拒絕了這種謀求和解的橄欖枝。他提出皮卡德給他的發明專利的份額決不能少於一半，否則他就不會同意。這一提議十分自然地會遭到皮卡德的拒絕，因為接受它就等於承認這項設計是竊取的。

　　由於瓦特已下定了決心，所以他毫不動搖。因此，這種曲柄裝置在它的專利期滿之前，始終沒有在瓦特式發動機上使用過。與此同時，為了找出不涉及這項可惡的專利的方法，瓦特立即開始了研究，而且在1781年10月，他所取得的關於產生旋轉傳動的各種方法的專利決不少於五種，其中三種是無需描述的，因為這三種並未擺脫曲柄原理，正是基於這種原因，所以它們從未被使用過。第四種是一種斜盤旋轉裝置，如今在科學博物館裡還陳列著一台這種裝置的模型。聽說它曾安裝在索荷的一台發動機上進行過試驗，但其他的情況則不得而知。

　　可能也正是出於同樣的原因吧，最後是空行式齒輪，它直到皮卡德的發明專利於1791年失敗後，才成為所有的瓦特式旋轉發動機上的標準部件。在這種裝置上，固定在連杆上的行齒輪，圍繞著安裝在主動軸上的一個中心齒輪轉動，主動軸則推動中心齒輪旋轉，這種齒輪最早曾是安裝在索荷的一台15英寸單動式小型發動機上進行試驗，用來帶動一個落錘。當瓦特克服了在開始時碰到的一些困難後，便為用戶設計了第一批旋轉式發動機。其中有1783年3月為威爾金森的布拉德利鑄鐵廠製造的一台較大的落錘發動機，有1784年6月為康沃爾的「處女錫礦」製作的一台小型捲揚機引擎，以及為倫敦的古德溫和惠特佈雷德這兩家啤酒釀造廠製造的發動機，再就是為希羅羅普郡的霍斯海伊鑄鐵廠製造的一台落錘發動機，這後三台發動機都是在1784年至1785年冬季開始製造的。

　　因為最初製造這些發動機時，都是單動式的，並在橫樑的連杆頭上放著重物，用來輔助在活塞向上空行時飛輪的運動，所以博爾頓曾建議使用一根重的連杆，這樣會有助於使發動機運轉得更平穩，也有助於消除空行齒輪發出的噪音，但瓦特不肯採納這個設想，因此直到1800年使用的還是木制連杆。

　　1783年春天，就在布拉德利鑄鐵廠的那台發動機開始運轉後不久，瓦特便在索荷安裝了第一台旋轉複動式發動機，這就是前面已經提到的那台在活塞杆和橫樑之間有齒輪齒條裝置的發動機。從這裡也可以看出，瓦特對任何一項新的發明，總要先在索荷的廠內進行全面的試驗，並且根據試驗進行必要的改進之後，才給其公司的主顧們試用。雖然瓦特在很多方面都過於謹慎和保守，但他的這種策略還是值得稱讚的。這家企業所取得的可靠信譽，在很大的程度上要歸功於此。他為主顧建造的第一台旋轉複動式引擎，便清楚地說明了這一點。1784年6月，當瓦特為赫爾的科茨和賈勒特先生設計這台引擎時，圖紙上標出的是齒輪齒條裝置，但在實際建造過程中，卻改成了三杆傳動裝置。這台引擎先在索荷安裝檢驗好了之後，才把它拆開發往赫爾。

　　這種前所未有的做法，表現出瓦特對於自己最新研究成果是何等的重視，正因為這樣，才會出現像博爾頓所預見的那種局面，對這種新型引擎的定貨單從全國各地紛至遝來。那個擔風險的康沃爾市場，再也不是引擎生意的主要依靠了，並且從此以後引擎在資金方面也有了保障。在頭幾台引擎製造出來後，瓦特的平行傳動裝置得到了運用，此後除了某些零件外，沒有對旋轉複式引擎的設計做過更改，直到後來才用曲柄取代了行星式齒輪。

　　旋轉式發動機也帶來了某些新問題，它啟動起來既可前行，也可後退，兩個方面活動一樣。這種特性可供應用的機會不多，例如，在驅動一台軋機，就能夠有效地加以利用，而在大多數情況下，開動時如果轉動方向錯了，那就會十分麻煩，甚至還會損壞工廠的機械設備。因此，為了防止這種弊病，瓦特在曲柄上安裝了一個棘爪和棘輪，只要不把棘爪提起來脫離嚙合，發動機就不會倒轉。另外，與負荷大體上不變的、較陳舊的往復式發動機不同，驅動軋機的旋轉式發動機的負荷則經常有著很大的變化，因此，就必須在連接發動機和鍋爐的蒸汽管上，安裝一個調節閥。最初的旋轉式發動機的是一種手控閥門，但這種控制法要求引擎操作工要目不轉睛地守著它。因此瓦特在1788年把它改成了離心式調節閥，以代替手工操作。離心式調節閥的原理，並不是什麼創新，碾磨輪機工們早就用它來調節磨粉機在不同速度下磨石之間的距離，但是用它來控制蒸汽機，卻還是第一次。

　　如果瓦特設計一台往復式抽水機引擎，他只需要知道每小時抽水量和抽水的高度就行了。通過簡單的計算，他就能精確地確定所需汽缸的尺寸，取每平方英寸承受10磅壓力的汽缸直徑作為他引擎的最佳標準負載。當時，如有一家磨坊老闆要訂購一台旋轉式發動機，來替換他的水輪機或馬拉機時，瓦特要想計算出所需發動機的規格，那就決不是一件容易的事了。因為他得不到準確的資料，而斯米頓的負載值也不再適用了。可在當時負載值則是測量和比較發動機性能的惟一公認標準。磨坊老闆所能提供給瓦特的是水輪的直徑，以及水輪的用水量和水源情況。或者是他提供馬拉機使用的馬匹數，顯然這就需要新的功率計量單位了。

　　在瓦特那本從1782年至1783年的雜記和計算簿上，保持著他的一種最早的關於做一項特定工作所需的碾磨機引擎大小的計算，內容如下：

　　曼徹斯特的沃辛頓先生需要一台碾磨機，用於銼磨蘇木，還要帶動一台砑光機。據計算，總共需要的功率大約為12匹馬力，他的機匠裡格利先生說：帶動碾磨機的馬沿著直徑為24英尺的圓圈走，每分鐘能轉兩圈半，兩圈半等於每分鐘60碼，每匹馬的力量約為180磅，那麼，60碼乘3等於180英尺，再乘180磅，就等於3.24萬英尺，用活塞運動的距離120英尺來除，等於270磅，再乘以12（匹馬），等於3240磅的汽缸壓力，汽缸按每英寸5磅計算，等於29英寸的汽缸，6英尺的衝程，每分鐘為20次。

　　要指出的是，瓦特在這一計算中，把5磅這個數字作為發動機汽缸直徑每平方英寸的最佳負荷，而不用早先在抽水機引擎上所假設的10磅數字。作為一位處事謹慎的人，當他走上一條心中無數的新路時，他限定任何差錯都不應該過分，因此，該發動機的功率寧大於它所需的工作量，也不要小於它。

　　在後來的一些計算中，他採取了同樣謹慎的策略，只是表達得不同而已。他不減少活塞的負荷，而把所假設的一匹馬力的功率增大到約3.3萬英尺一磅。直到現在仍然把這個數字作為各類旋轉式發動機的功率測定的標準單位。

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