瓦特(35)_应天故事汇

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三五

索荷的第一座发动机车间的规模并不很大，内设两台铁匠炉，一个装配台和一台车床。后来又增添了一台车床，可能还有一两件其他的简易刀具。　　博尔顿曾委婉地把它称之为“我们的锻工车间”。铸造发动机用的木模，从一开始就是在索荷制作的。不过是否就在这个车间，还是在这家工厂内的其他地方制作的就不清楚了。不管情况如何，发动机在工地上进行安装的期间，从一开始就采用已被接受的惯例，由顾主从推荐的供应厂商那里定购自己的发动机部件，这显然是比较慎重的。　　自始至终都在索荷制造的部件只有阀门、阀体和传动装置上的零件。这是合乎情理的，因为按照当时的标准，并且同瓦特式发动机的其他部件相比，这就是一些在制造方面需要高度精密，在装配方面要有熟练技艺的复杂部件了。这些部件在工艺方面的要求，与现代柴油发动机上的燃料调节泵有点类似，为了清楚起见，本书谈到这些部件都用了现代名称，然而在瓦特的时代，所用的名称却不相同。那时把阀门叫做调节器，阀体叫做喷嘴，阀的传动装置被称为调节装置。　　阀体是先在威尔金森的布拉德利工厂按索荷的模式铸造，然后再送到索荷去加工调整和装配的。“喷嘴”这个术语，往往也适用于装配好了的阀体、阀和内部传动装置的组合体。最初的引擎汽缸的顶部是开口的，只有两个这种组合装置，分别把蒸汽放进汽缸底部，并把它排到冷凝器里。后来，外层汽缸仅仅成为一个蒸汽套，且工作汽缸的顶部也被封起来时，就又加上了第三个阀的组合装置。使蒸汽通向汽缸的顶部，这样，汽缸就不再与锅炉相通。　　当时把这三个阀的组合装置，分别称为顶部调节器、中部调节器（平衡阀）和底部调节器（排气阀）。这些精密而又起关键作用的部件，自然会使瓦特煞费苦心，鉴于在使用和制造方面的经验日益丰富，有关后来所进行的许多改进，在此恕不赘述。只要举一个例子，就足以说明瓦特的独具匠心。随着发动机规格的增大，阀门直径也要相应加大，其结果是，要打开排气阀，阀门就不得不承受相当大的压力。因此瓦特便使用了一个小辅助阀，让它先打开，把蒸汽引到主阀后面去，从而减轻了压力，就这样把这个难题解决了。　　这种装置于1778年第一次装配到波尔代斯矿井的一台63英寸的引擎上的。　　在活门时兴之前，很多引擎制造商在后来长期使用的所谓双阀门，就是由瓦特的这个装置沿袭下来的。　　这就不难理解为什么斯米顿和其他的工程师曾批评瓦特式引擎太复杂。　　即使现在，人们把它与后来的往复式引擎相比，仍然会觉得它很复杂，那么在瓦特同时代人的眼里，它必定会显得令人望而生畏。这种发动机的工作原理及其主要部件的设计，都是够明确的，但是那些阀门装置却很不简单。请细想一下其运转情况吧：吊在横梁上的那个垂直“插杆”，每引起一次运动，都要开关三个阀门，而复动式引擎则要开关四个阀门。由于这种引擎的运转缓慢，这些阀门必须保持足够的张开时间，这段“小停顿”时间的长短必须随时调整。就蒸汽吸入阀或者用当时的名称“顶部调节阀”而论，在引擎运转时，不仅“小停顿”时间的长短，而且阀门张开的大小，都必须是能够变化的，否则，如果其工作负荷减少，引擎本身就会受到严重毁坏。最后，阀的传动装置的连接部分不能是刚性的，因为要使引擎启动或停止，必须用手来控制它的惯性和阀门的工作。　　要对瓦特的这种阀门装置的设计以及通过实践对它进行的改进加以解释，那就需要绘制一系列的图表，还不知要涉及多少技术上的细节。这里，我们仅介绍一下瓦特经常提到的那个“时钟装置”，这种装置是根据当时钟表制造行业中用在时钟上的那些管报时的齿轮，或者叫做司行轮的设计演变而来的，因而它的部件名称也都用了钟表匠的术语。因此，控制杆上的枢轴被称为“芯轴”，而用来控制阀门在所需要时间内张开的那个杠杆锁扣装置，则被叫做“擒纵器”，毫无疑问，当瓦特作为仪器制造工匠的时候，他已掌握了某些与钟表制作密切相关的知识，所以，当他在设计发动机阀门装置时，就能充分利用那些知识。　　这里要适当提一下喷射阀的控制问题。这个阀门的作用是调节喷进排汽管里冷却废气用的冷水。这种阀门是根据在康沃尔的纽科门式引擎上最先采用的水力制动装置仿造的。让水流进装在枢轴上的一个开口箱里，同时通过一个起重量平衡作用的杠杆和合适的连接件，使这个水箱保持在水平位置。　　当一定量的水流进这个水箱里的时候，其重量就超过了平衡重量，水箱便翘起来，使里面的水流出，从而将阀门打开。通过调整流进水箱的水量，就可以改变阀门启闭时间的长短，瓦特后来对这种原始却有效的装置进行了改进，但是装配工们根据经验很快就发现，这种喷射阀的自动控制装置用在复动式引擎上，就不再有必要了。由于每分钟的排汽次数增加了一倍，因此最好是连续不断地向排汽管里喷水，在引擎开动的时候，可以根据需要用来调节喷水量，但决不能完全断水。　　在这家制造发动机的企业刚成立时，曾试图使用克里山炼铁厂的铁在索荷锻造活塞杆，但没有成功。在当时还不可能用一块铁坯生产出这样的锻件来，而必须把很多小铁条焊接在一起，当时称为“束铁”，因此要付出大量的劳动力。每次活塞杆被重新加热时做进一步焊接，那么原先焊接的部分就会裂开。博尔顿得出的结论是，这种铁是不适用的，但也有可能与技术不当有很大关系。从此以后，活塞杆或者是坎伯兰的锡顿铁厂生产，或者是由伦敦的一位制锚匠用瑞典铁制作的。　　尽管实际上一台发动机只有很少一部分是在索荷制造的，甚至连定购各种部件也由用户自己负责，但是在所有的部件运到安装的地点之前，仍然要做大量的工作和克服许许多多的困难。首先，必须向不同的供应厂商提供图纸和模型，其次是在各供应厂商把部件做好之后，要安排运输。可能耽搁的时间会长得令人失望，部件可能在运转过程中丢失或损坏，还可能把定货单送错，张冠李戴，往往弄得装配工迷惑不解。由伯沙姆运输大型汽缸，始终是一个最大的难题。前面已经提到过，在切斯特廷唐矿装船运送那个汽缸时，遇到了困难。大型铸件只能靠数辆马车来缓慢地拖运，由于道路坎坷，蜿蜒数里，所以是人困马乏，艰辛无比。　　伯沙姆的人员在凡是能够这样做的地方，都宁可动用他们的马车将汽缸拖运到目的地，而不愿靠海运或河运。这看起来似乎是种难以理解的选择，但从一位职员于1791年在伯沙姆写给博尔顿和瓦特的一封关于向伯明翰运送汽缸的信中，则清楚地说明了此事的原因，博尔顿和瓦特曾明确建议汽缸要从普雷斯顿布鲁克通过运河运到伯明翰，但那位职员却答复说：“上次为奥克尔山制造的那台汽缸，是由我们的马车送去的，把它卸在安装的现场附近。这台汽缸也可以这么办……把一台汽缸从马车上卸到软地上是没有危险的，但在普雷斯顿布鲁克却不是这样，我相信与其使用他们的吊车还不如将汽缸从马车上卸到那里。”他这样写，显然是出自沉痛的教训。

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