“抛弃青铜。气缸,必须用铸铁!”刘禅用炭笔在木板上重重画下几笔,“铁比铜硬得多,它能承受住几十上百倍的高压蒸汽而不变形。至于内壁粗糙的问题……马钧!”
“臣在!”马钧立刻凑了过来。
“我们在浇铸模具的时候做文章。在泥范内壁的砂层上,涂抹一种特殊的混合物。脱模之后,内壁的平滑度就能大幅提升。”刘禅回忆着后世了解的一些基础铸造工艺。
马钧是个实干派,他带着几个最信任的工匠,连夜开始了实验。
他们尝试了黏土、石粉、甚至草木灰。马钧连续失败了六次,废弃了六个沉重的铁疙瘩。第七次,马钧站在高炉前,咬着牙,将河底最细腻的细河砂淘洗过滤了十遍,然后混合着榨出来的粘稠菜籽油,调和成一种类似漆面的油性涂层,均匀地刷在模具内壁。
铁水浇灌而下。
当模具冷却、敲碎外壳后,呈现在众人面前的铸铁气缸,内壁的光滑度比之前提升了数倍。在火光下,甚至能泛出微弱的反光。
但,仍然不够。
刘禅伸出手,在那个气缸内壁上摸了一圈。他的眉头皱了起来。手指上传来的触感,依然能察觉到细微的凹凸不平。对于承受高压蒸汽的密闭空间来说,这些小缝隙,就是泄露点。
“不行。必须更平!”刘禅摇头。
杜预蹲在那个足有水桶粗的气缸旁,盯着内壁看了很久。他忽然一言不发地站起身,一阵风似的跑到隔壁的铸造区。
片刻后,他气喘吁吁地跑了回来。他的怀里,抱着一块从废料堆里捡来的、被磨平了一半的废弃磨刀石。
在刘禅和马钧疑惑的目光中,杜预抡起铁锤,将那块磨刀石劈成了几块拳头大小的碎块。然后,他找来绳子,将碎磨刀石紧紧绑在一根长长的铁棍末端。
他一屁股坐在地上,将绑着磨刀石的铁棍伸进气缸的内壁。
“嘎吱……”
摩擦声在作坊里响起。杜预双手握着铁棍,像推拉风箱一样,一点一点地,用这种最原始、最笨拙的人工方式,开始打磨那层坚硬的铸铁内壁。
这是一个拼体力的笨办法,没有任何捷径可言。
杜预打磨了整整三天。这三天里,他的双手被磨出了十几个血泡,血水混合着铁屑,把铁棍染成了暗红色。他累得双手抽筋,连吃饭都拿不住筷子。马钧实在看不下去,心疼这个聪明的小子,让几个精壮的铁匠轮流上去接替他。
三天后。
当铁棍最后一次被抽出时,马钧迫不及待地用粗布擦干净内壁的铁粉,然后将手伸了进去。
马钧的眼睛瞪大了。
那曾经凹凸不平的铸铁内壁,此刻被手工打磨得像女子梳妆用的铜镜一样光滑!手指滑过,竟然感受不到阻力。
马钧激动地转过头,看着满手是血的杜预,当场竖起了一根大拇指。
第二个星期,攻克活塞密封。
这是整个蒸汽机能否运转的最核心难题。活塞要在气缸内做每分钟数十次的往复运动。它既要足够紧密,像塞子一样堵住缝隙,不让蒸汽泄漏;又要足够灵活,不能因为摩擦力太大而被卡死在气缸里。
这是矛盾的。紧密了就不灵活,灵活了就不紧密。
面对这个难题,杜预和马钧争论了整整一天。
马钧主张用纯木头做活塞,木头遇水膨胀可以密封;杜预则认为木头承受不住高压,几个回合就会碎裂。
最终,是一旁默默观察的刘禅,提出了破局的思路。
“你们两个的思路结合一下。”刘禅在木板上画了一个圆形的剖面图,“刚柔并济。活塞本体,必须用坚硬的铸铁来做,这样才能保证它的刚性和耐磨性,承受蒸汽的冲击。”
“但是!”刘禅用炭笔在活塞的外缘画了一圈凹槽,“在活塞的外缘,开一道深槽。在这个槽里,嵌入一圈用软铜锤打而成的密封环!”
杜预的眼睛亮了起来,他立刻领悟了刘禅的意思:“师父的意思是……软铜受热后膨胀得比铁快,当高温蒸汽灌入时,外圈的软铜环会自动膨胀,贴紧气缸内壁,形成第一道金属密封!”
“没错。”刘禅赞赏地点头,补充道,“但这还不够。在铜环的外侧,再缠绕两层用煮沸的猪油和松香浸泡过的极细麻绳。猪油麻绳耐高温,它可以填补软铜环与铁壁之间那些肉眼看不见的微小缝隙,形成第二道柔性密封!”
有了方向,两人立刻动手。
杜预负责制作那圈关键的软铜密封环。他展现出了惊人的微雕天赋,将一块软铜反复锤打,最后做出的铜环,薄得像一张大汉的交子纸币,厚度均匀得像女子手腕上的玉镯。马钧在一旁看着,惊叹得连连摇头,直呼这手艺绝了。
马钧则亲自开模,铸造出了开槽的铁活塞。
组装完成后,迎来了第一次活塞密封测试。
他们将这个沉重的活塞装入打磨好的气缸中,然后通过底部的导管,向气缸内注入从旁边锅炉里烧开的高温水蒸汽。
“开阀!”马钧大喊。
“嗞……”
伴随着尖啸声,第一次测试宣告失败。高压蒸汽从活塞边缘的缝隙中嗞嗞地冒了出来。活塞在气缸里纹丝不动。
杜预没有气馁。他一言不发地将滚烫的活塞拆出来,重新调整铜环的厚度。稍微加厚一分,重新安装,再测。
太厚了,活塞卡死。
减少麻绳的层数,再测。漏气。
他们反复拆装,反复调整。在这个充斥着高温蒸汽和机油味的角落里,他们试验了整整十一次。杜预的眉毛甚至被一次突发的蒸汽泄漏给烫卷了。
第十二次。
“开阀!”
蒸汽猛地灌入气缸底部。这一次,没有刺耳的泄漏声。那圈受热膨胀的软铜环和浸透猪油的麻绳,咬住了气缸内壁。
在压力下,那个重达几十斤的铁活塞,在白色的水蒸气推动下,发出一声沉闷的“咔”声,竟然顺滑地、缓缓地向上上升了半尺!
没有泄露。
马钧激动得满脸通红,挥舞着拳头在作坊里狂奔了一圈。
杜预则一屁股坐在地上,长长地吐出了一口浊气。
但刘禅站在气缸旁,只是看着那个升起半尺的活塞,泼了一盆冷水:
“只升了半尺,还不足以驱动整个机械!精度还要再调,继续!”
……