第131章 蒸汽機試驗場
第131章 蒸汽機試驗場
朱元璋和朱桓父子兩人參觀完了氣理實驗室，終於去了蒸汽機試驗場。
那是一個近似正方形的大院子，用鋼結構快速搭建成了巨大的開放式廠房。
院子或者說廠房的中間，是四套提供蒸汽的火管鍋爐，一群工人揮舞著鏟子，輪流往鍋爐裡面鏟煤。
四套鍋爐分別引|出四根管道，從廠房天頂上延伸到側面十六台蒸汽機中。
鍋爐始終在燒著水，而蒸汽機差不多有一半在運轉，一半在檢修或者拆解之中。
十六組人各圍著一台機器，觀察或者維修，記錄情況，尋找問題。
正常的早期探索性的科研，根本沒有人會搞出這麼大的陣仗。
一般的民間發明家沒有這種財力，一般的投資者也不敢直接下這麼大的本錢，這種人力和材料投入，如果後期拿不回來，那屬於血本無歸。
也就是朱元璋這個皇帝，掌控著天下的資源和工匠，還有近乎溢出的鋼鐵才能用這種堆數量的方法，分組攻關問題並快速選代。
關鍵是要相信朱桓的判斷，知道這種機器未來有改變世界的作用，也確定這種機器肯定能夠做出來。
所以才會如此不惜本錢的來全力攻關。
朱元璋看著轟隆作響的那些機器，看著那持續旋轉的巨大鋼鐵飛輪，以旋轉著時而起飛噴出蒸汽的離心調速器，就想要靠近一點去看個仔細，朱桓卻在旁邊趕緊喊住了：
「父皇小心，這些鍋爐和蒸汽機，現在都算是稍微有點危險的。
「氣缸和管道可能會炸裂，閥門也可能會直接蹦飛。
「雖然這種概率其實並不高，但父皇乃是萬金之軀，最好還是不要輕易涉險，這沒必要。
「咱們若是不穿盔甲進去，還是儘量遠遠的看看就好。」
朱元璋聽完就收住了腳步。
既然有危險，關鍵是沒有必要面對的危險，朱元璋就不會強行去接觸。
朱桓就站在在場地的邊沿，指著不遠處的機器給朱元璋介紹情況：
「現在最簡單的機體，只有單個氣缸的往復式蒸汽機，每次開機後大多能持續運行五個小時以上。
「出力也已經能驅動破碎機了，已經送幾台去配合破碎機做測試了。
「最複雜的四缸多脹式蒸汽機，現在只能勉強轉起來，隨時都可能停轉，也沒有實際出力。」
朱桓現在掌握著足夠多的資源，也面對著巨大的潛在需求，所以從一開始就將科研攻關的目標拔的很高。
在研究基本形態的高壓往復式蒸汽機的同時，就已經開始嘗試製作多脹式蒸汽機了。
顧名思義，多脹式蒸汽機就是多次膨脹做工的蒸汽機，會有多個氣缸。
不過，多脹式蒸汽機，與多缸的內燃機，性質並不類似。
多缸內燃機，通常是由多個相同的氣缸排列起來，輸出非常類似的功率，共同提供更高的總功率。
多脹式蒸汽機的氣缸尺寸不同，各個氣缸的出力也不同。
多脹式蒸汽機產生的原因，不是為了用相同的方式獲得更大的功率，而是為了提高蒸汽機的能量利用率。
傳統單脹式蒸汽機中，高壓蒸汽在氣缸中做工，推動活塞往復循環一次，就應該釋放出去了。
在工廠中要配合冷凝器，將蒸汽還原成水排出去，在火車頭上就直接噴出去了。
但是這些蒸汽仍然有能量和壓力，直接釋放出去也是一種浪費。
可以把它們利用起來，進入第二個氣缸繼續工作推動第二個氣缸完成一次循環後，剩餘的蒸汽仍然還有一定的推力，那就進入第三個氣缸。
多脹式蒸汽機，通常會有三個到四個氣缸。
鐵達尼號、寧海級巡洋艦、美國紐約級戰列艦，都是四個氣缸的多脹式蒸汽機。
歷史上的多脹式的蒸汽機，在十八世末期成熟之後就迅速普及，一直用到了二戰之後很長一段時間。
直到柴油機在各種船隻上普及的時候，多脹式蒸汽機才被陸續替換淘汰掉。
在那之前，這種機器在各種工廠中，各種大小汽船上服役了將近一個世紀，是通用蒸汽機的終極形態。
朱元璋聽著朱桓的介紹，便隨口揣測了一番：
「五個小時已經夠長了，大部分馬匹一口氣也跑不了五個小時。
「只不過，馬匹累了只是需要休息吃料，自然恢復過來之後就能繼續奔跑，「但這機器五個小時之後，是不是就可能會轉不起來？」
朱桓也很遺憾的點頭：
「是啊，運行五個小時就會發生故障，關鍵是不確定會是什麼故障。
「需要工匠去尋找故障，確定故障原因之後才能維修。
「不能預料故障原因，就不知道多久能夠恢復運轉，所以現在不敢用在有時效上的事情上。
「不敢用於轉爐搖晃，萬一忽然故障不出力，那一爐鋼就壞了。
「其實壞掉一爐鋼不礙事，萬一把煉鋼爐搞壞了，修理起來就麻煩了。」
朱元璋明白這個道理，便繼續詢問以後的事情：
「那這一批機器什麼時候能測試完畢，什麼時候更新下一代？
「到時候應該能達到什麼水平？」
朱元璋知道，朱桓這些蒸汽機已經是第三代了。
第一代只有兩台，只有最基本的單缸往復結構，都只能勉強轉起來。
當時折騰了兩個月之後，解決了一大堆的問題。
改進圖紙之後生產了第二代，當時總共生產了四台，仍然是最基本的單缸往復結構。
當時就能夠運行一到兩個小時了。
現在這十六台機器算是第三代，單缸機已經能運行五個小時以上了。
未來的下一代蒸汽機，應該會有更大的進步，朱元璋現在非常期待。
朱桓綜合考慮了一下各方面的各種情況：
「這一代機器現在測試的差不多了，現在都是在復現和確認已知的問題。
「解決問題的方法已經基本確定了，圖紙也已經修改的差不多了。
「最快下個月，最遲到年底的時候，就會開工生產下一代，「我和工匠們對下一代的預期，是最基本的單缸型號能持續運行十二到二十四個小時。
「到時候應該可以在短途的鐵軌上試運行，運輸沒有明確時效性的貨物了。
「至於最複雜的四缸多脹式機器，下一代只要能夠持續出力就算成功。」
朱元璋輕輕點頭，一邊說著不用太著急，一邊又明顯有些迫切的開始規劃：
「那等下一代機器生產出來，就可以開始鋪設跨城鋼軌了。
「一條從江北到淮南，一條從江南到杭州。
「等再下一代機器出來，沿著這兩條鐵路向南北兩方延伸。
「向南延伸到金華，然後向西連接江西廣信、撫州、南昌、吉安、贛州。
「最後進入廣東韶州，連接廣州，乃至南海末端的寶安。
「鋼軌路應該難以直接跨江，所以江北的鋼軌道路，應該從江浦縣作為起點起點。
「關鍵目標是要連接順天府，不過能否直接跨過淮河和黃河？」
朱桓回憶前世的典型鐵路橋樑形態：
「需要使用鋼筋水凝灰澆築橋墩，需要驗證大型鋼鐵桁架橋樑的建設方法。
「還需要蒸汽機本身作為驅動力。
「技術上當然能夠做到，就算是跨越長江都能實現，但實起來肯定有難度。
「河流越深，河道越寬，建設難度就越高。
「所以前期儘量少跨大江大河，更不要反覆來回跨河。
「特別是大運河和黃河，未來都要專門治理，河道可能會有變化。」
朱元璋明顯有些意外：
「長江上也能建大橋？應天府的長江？那可是六千尺的江面？」
朱桓理所當然的說：
「當然能，只要能把橋墩支起來，橋自然就能建起來。
「而且如果水量相同的話，江面越寬說明江水越淺，水越淺建橋難度反而越低。
「當然，以當前的技術水平來看，單純建橋本身難度就很高。
「在應天府長江建橋的難度更是極高。」
這時候的應天府長江的寬度，差不多是現代南京長江的兩倍，至少都有兩千五百米寬。
長江的流量相對穩定，所以寬度大了，深度就小，寬度小了，深度自然就大。
所以長江中下游最淺的地方是出海口，原生天然航道深度只有七米。
現代長江南京段的寬度只有一千兩百多米，但是深度卻達到了二十五米，與馬六甲海峽差相仿佛。
明初的應天府長江航道寬度既然翻倍了，那深度自然就只剩下十米多了。
水深越大，建造橋墩的技術難度就越高。
所以如果不考慮成本和工期的話，反而是寬度較大的時候施工難度更低。
朱元璋聽罷就恍然大悟了：
「但在湍急江水之中如何建橋墩？
「要築壩截流，或者讓長江臨時改道嗎？」
朱桓點頭說：
「最簡單的辦法，就是截流一半航道，建好了再去截流另一半。
「當然，工程技術成熟之後，就可以不截留了。
「直接從水面向河底打一圈樁，樁間插入兩層鋼鐵隔板，隔絕水流。
「抽空兩層鋼鐵隔板中的水，內部澆築鋼筋水凝灰，這樣構築一道牢固的環形圍堰。
「圍堰內部裝鋼鐵支撐框架，再抽空圍堰中的水，就能建設橋墩了。
「這需要有大型抽水機、大型懸吊車、大型挖掘機器。
「這些機器至少需要蒸汽機來驅動「現在建設淮河、黃河，以及其他河流上的鐵路橋，可以用分段截流法建造。
「在別處驗證打樁圍堰法之後，再去建設長江上的大橋。
「因為長江的截流難度太高了。」
朱元璋再次恍然：
「原來如此，這方法聽起來確實可行，但也能想到其中的難度。
「那早期鋼軌路橋，就儘量繞開大型南北向河流，也儘量只跨越一次黃河。
「從江浦先去淮南，過了淮河之後，從歸德府過黃河。
「然後走大名府，河間府，去順天府。
「再從宣德張家口進入草原，最終連接開平、應昌，最後連接和林。
「以後優先建設南北向鋼軌，東西向有長江干支流。
「隨後建設北方的東西向鋼軌，因為南方有更多的河道可以藉助。
「從河套穿過漠南草原到遼東一支，從海州穿過中原到關中，再到蘭州進入西域一支。
「這兩支鋼軌路可以在河西走廊匯合，成為一條東西向的鋼軌。」
朱桓聽著就連連點頭，感覺這種規劃沒有什麼問題。
大明的鐵路將以應天府為中心，首先連接北方的順天府和南方的廣州府，建立溝通南北的快速通道。
南方有長江干支流作為交通大動脈，所以早期的鐵路沒必要順著長江修。
所以繼續向北貫穿草原，同時從中原連接西域和遼東。
只不過這些鐵路要全部建成，估計至少得十幾年，大概率能要二十幾年。
朱元璋和朱桓父子兩人參觀完了氣理實驗室，終於去了蒸汽機試驗場。
那是一個近似正方形的大院子，用鋼結構快速搭建成了巨大的開放式廠房。
院子或者說廠房的中間，是四套提供蒸汽的火管鍋爐，一群工人揮舞著鏟子，輪流往鍋爐裡面鏟煤。
四套鍋爐分別引|出四根管道，從廠房天頂上延伸到側面十六台蒸汽機中。
鍋爐始終在燒著水，而蒸汽機差不多有一半在運轉，一半在檢修或者拆解之中。
十六組人各圍著一台機器，觀察或者維修，記錄情況，尋找問題。
正常的早期探索性的科研，根本沒有人會搞出這麼大的陣仗。
一般的民間發明家沒有這種財力，一般的投資者也不敢直接下這麼大的本錢，這種人力和材料投入，如果後期拿不回來，那屬於血本無歸。
也就是朱元璋這個皇帝，掌控著天下的資源和工匠，還有近乎溢出的鋼鐵才能用這種堆數量的方法，分組攻關問題並快速選代。
關鍵是要相信朱桓的判斷，知道這種機器未來有改變世界的作用，也確定這種機器肯定能夠做出來。
所以才會如此不惜本錢的來全力攻關。
朱元璋看著轟隆作響的那些機器，看著那持續旋轉的巨大鋼鐵飛輪，以旋轉著時而起飛噴出蒸汽的離心調速器，就想要靠近一點去看個仔細，朱桓卻在旁邊趕緊喊住了：
「父皇小心，這些鍋爐和蒸汽機，現在都算是稍微有點危險的。
「氣缸和管道可能會炸裂，閥門也可能會直接蹦飛。
「雖然這種概率其實並不高，但父皇乃是萬金之軀，最好還是不要輕易涉險，這沒必要。
「咱們若是不穿盔甲進去，還是儘量遠遠的看看就好。」
朱元璋聽完就收住了腳步。
既然有危險，關鍵是沒有必要面對的危險，朱元璋就不會強行去接觸。
朱桓就站在在場地的邊沿，指著不遠處的機器給朱元璋介紹情況：
「現在最簡單的機體，只有單個氣缸的往復式蒸汽機，每次開機後大多能持續運行五個小時以上。
「出力也已經能驅動破碎機了，已經送幾台去配合破碎機做測試了。
「最複雜的四缸多脹式蒸汽機，現在只能勉強轉起來，隨時都可能停轉，也沒有實際出力。」
朱桓現在掌握著足夠多的資源，也面對著巨大的潛在需求，所以從一開始就將科研攻關的目標拔的很高。
在研究基本形態的高壓往復式蒸汽機的同時，就已經開始嘗試製作多脹式蒸汽機了。
顧名思義，多脹式蒸汽機就是多次膨脹做工的蒸汽機，會有多個氣缸。
不過，多脹式蒸汽機，與多缸的內燃機，性質並不類似。
多缸內燃機，通常是由多個相同的氣缸排列起來，輸出非常類似的功率，共同提供更高的總功率。
多脹式蒸汽機的氣缸尺寸不同，各個氣缸的出力也不同。
多脹式蒸汽機產生的原因，不是為了用相同的方式獲得更大的功率，而是為了提高蒸汽機的能量利用率。
傳統單脹式蒸汽機中，高壓蒸汽在氣缸中做工，推動活塞往復循環一次，就應該釋放出去了。
在工廠中要配合冷凝器，將蒸汽還原成水排出去，在火車頭上就直接噴出去了。
但是這些蒸汽仍然有能量和壓力，直接釋放出去也是一種浪費。
可以把它們利用起來，進入第二個氣缸繼續工作推動第二個氣缸完成一次循環後，剩餘的蒸汽仍然還有一定的推力，那就進入第三個氣缸。
多脹式蒸汽機，通常會有三個到四個氣缸。
鐵達尼號、寧海級巡洋艦、美國紐約級戰列艦，都是四個氣缸的多脹式蒸汽機。
歷史上的多脹式的蒸汽機，在十八世末期成熟之後就迅速普及，一直用到了二戰之後很長一段時間。
直到柴油機在各種船隻上普及的時候，多脹式蒸汽機才被陸續替換淘汰掉。
在那之前，這種機器在各種工廠中，各種大小汽船上服役了將近一個世紀，是通用蒸汽機的終極形態。
朱元璋聽著朱桓的介紹，便隨口揣測了一番：
「五個小時已經夠長了，大部分馬匹一口氣也跑不了五個小時。
「只不過，馬匹累了只是需要休息吃料，自然恢復過來之後就能繼續奔跑，「但這機器五個小時之後，是不是就可能會轉不起來？」
朱桓也很遺憾的點頭：
「是啊，運行五個小時就會發生故障，關鍵是不確定會是什麼故障。
「需要工匠去尋找故障，確定故障原因之後才能維修。
「不能預料故障原因，就不知道多久能夠恢復運轉，所以現在不敢用在有時效上的事情上。
「不敢用於轉爐搖晃，萬一忽然故障不出力，那一爐鋼就壞了。
「其實壞掉一爐鋼不礙事，萬一把煉鋼爐搞壞了，修理起來就麻煩了。」
朱元璋明白這個道理，便繼續詢問以後的事情：
「那這一批機器什麼時候能測試完畢，什麼時候更新下一代？
「到時候應該能達到什麼水平？」
朱元璋知道，朱桓這些蒸汽機已經是第三代了。
第一代只有兩台，只有最基本的單缸往復結構，都只能勉強轉起來。
當時折騰了兩個月之後，解決了一大堆的問題。
改進圖紙之後生產了第二代，當時總共生產了四台，仍然是最基本的單缸往復結構。
當時就能夠運行一到兩個小時了。
現在這十六台機器算是第三代，單缸機已經能運行五個小時以上了。
未來的下一代蒸汽機，應該會有更大的進步，朱元璋現在非常期待。
朱桓綜合考慮了一下各方面的各種情況：
「這一代機器現在測試的差不多了，現在都是在復現和確認已知的問題。
「解決問題的方法已經基本確定了，圖紙也已經修改的差不多了。
「最快下個月，最遲到年底的時候，就會開工生產下一代，「我和工匠們對下一代的預期，是最基本的單缸型號能持續運行十二到二十四個小時。
「到時候應該可以在短途的鐵軌上試運行，運輸沒有明確時效性的貨物了。
「至於最複雜的四缸多脹式機器，下一代只要能夠持續出力就算成功。」
朱元璋輕輕點頭，一邊說著不用太著急，一邊又明顯有些迫切的開始規劃：
「那等下一代機器生產出來，就可以開始鋪設跨城鋼軌了。
「一條從江北到淮南，一條從江南到杭州。
「等再下一代機器出來，沿著這兩條鐵路向南北兩方延伸。
「向南延伸到金華，然後向西連接江西廣信、撫州、南昌、吉安、贛州。
「最後進入廣東韶州，連接廣州，乃至南海末端的寶安。
「鋼軌路應該難以直接跨江，所以江北的鋼軌道路，應該從江浦縣作為起點起點。
「關鍵目標是要連接順天府，不過能否直接跨過淮河和黃河？」
朱桓回憶前世的典型鐵路橋樑形態：
「需要使用鋼筋水凝灰澆築橋墩，需要驗證大型鋼鐵桁架橋樑的建設方法。
「還需要蒸汽機本身作為驅動力。
「技術上當然能夠做到，就算是跨越長江都能實現，但實起來肯定有難度。
「河流越深，河道越寬，建設難度就越高。
「所以前期儘量少跨大江大河，更不要反覆來回跨河。
「特別是大運河和黃河，未來都要專門治理，河道可能會有變化。」
朱元璋明顯有些意外：
「長江上也能建大橋？應天府的長江？那可是六千尺的江面？」
朱桓理所當然的說：
「當然能，只要能把橋墩支起來，橋自然就能建起來。
「而且如果水量相同的話，江面越寬說明江水越淺，水越淺建橋難度反而越低。
「當然，以當前的技術水平來看，單純建橋本身難度就很高。
「在應天府長江建橋的難度更是極高。」
這時候的應天府長江的寬度，差不多是現代南京長江的兩倍，至少都有兩千五百米寬。
長江的流量相對穩定，所以寬度大了，深度就小，寬度小了，深度自然就大。
所以長江中下游最淺的地方是出海口，原生天然航道深度只有七米。
現代長江南京段的寬度只有一千兩百多米，但是深度卻達到了二十五米，與馬六甲海峽差相仿佛。
明初的應天府長江航道寬度既然翻倍了，那深度自然就只剩下十米多了。
水深越大，建造橋墩的技術難度就越高。
所以如果不考慮成本和工期的話，反而是寬度較大的時候施工難度更低。
朱元璋聽罷就恍然大悟了：
「但在湍急江水之中如何建橋墩？
「要築壩截流，或者讓長江臨時改道嗎？」
朱桓點頭說：
「最簡單的辦法，就是截流一半航道，建好了再去截流另一半。
「當然，工程技術成熟之後，就可以不截留了。
「直接從水面向河底打一圈樁，樁間插入兩層鋼鐵隔板，隔絕水流。
「抽空兩層鋼鐵隔板中的水，內部澆築鋼筋水凝灰，這樣構築一道牢固的環形圍堰。
「圍堰內部裝鋼鐵支撐框架，再抽空圍堰中的水，就能建設橋墩了。
「這需要有大型抽水機、大型懸吊車、大型挖掘機器。
「這些機器至少需要蒸汽機來驅動「現在建設淮河、黃河，以及其他河流上的鐵路橋，可以用分段截流法建造。
「在別處驗證打樁圍堰法之後，再去建設長江上的大橋。
「因為長江的截流難度太高了。」
朱元璋再次恍然：
「原來如此，這方法聽起來確實可行，但也能想到其中的難度。
「那早期鋼軌路橋，就儘量繞開大型南北向河流，也儘量只跨越一次黃河。
「從江浦先去淮南，過了淮河之後，從歸德府過黃河。
「然後走大名府，河間府，去順天府。
「再從宣德張家口進入草原，最終連接開平、應昌，最後連接和林。
「以後優先建設南北向鋼軌，東西向有長江干支流。
「隨後建設北方的東西向鋼軌，因為南方有更多的河道可以藉助。
「從河套穿過漠南草原到遼東一支，從海州穿過中原到關中，再到蘭州進入西域一支。
「這兩支鋼軌路可以在河西走廊匯合，成為一條東西向的鋼軌。」
朱桓聽著就連連點頭，感覺這種規劃沒有什麼問題。
大明的鐵路將以應天府為中心，首先連接北方的順天府和南方的廣州府，建立溝通南北的快速通道。
南方有長江干支流作為交通大動脈，所以早期的鐵路沒必要順著長江修。
所以繼續向北貫穿草原，同時從中原連接西域和遼東。
只不過這些鐵路要全部建成，估計至少得十幾年，大概率能要二十幾年。