??以火炮廠的生產(chǎn)能力要鑄造出鍋爐自然不是什么難事。早在幾日前，蒸汽機的鍋爐就已完成了鑄造。這臺鍋爐看起來與李不偉所設(shè)計的完全一樣，長度大約為兩米，高度與寬度分別為一米左右，兩端是類似球形的頂蓋，一些連接處用銅質(zhì)鑼栓連接，又在連接面上加入了多層軟銅質(zhì)密封圈，從外表上看起來基本上類似一個油罐的形狀。不過這個油罐的中間設(shè)計了一個燃燒室，燃燒室的正上方又有煙囪。當(dāng)木炭在鍋爐腹腔中燃燒時，會從鍋爐的內(nèi)部將水加熱，同時木炭燃燒所產(chǎn)生的煙氣又可以對蒸汽進(jìn)行二次加熱，基本上已將木炭燃燒時所發(fā)出的熱量最大限度地利用起來。當(dāng)然，李不偉深知這種鍋爐的效率還是極低，日后有了更好的加工設(shè)備之后，一定要將鍋爐重新設(shè)計一番。

    那臺舊車床早已不再用于零件加工，此時正在被新來的幾十個車工當(dāng)作練手之用。這幾十人輪流使用腳踏式絞盤驅(qū)動車床，其余人便在車床前練習(xí)各種車工技術(shù)，當(dāng)鐵制毛坯件數(shù)量不足的時候，便會有人去找些木頭前來練習(xí)，顯然這臺舊車床又有了利用價值了。至于三臺新車床，早已被安放在車間靠墻的一邊，因此鍋爐房也正好建在墻外的隔壁。此時鍋爐房早已建好，除了安放鍋爐的磚臺之外，還有存放燃料的地方，另外有一個鼓風(fēng)機及鼓風(fēng)機管道。

    李不偉這次設(shè)計的蒸汽管道是采用銅合金鑄造而成。主管道的內(nèi)徑大約十五厘米，最大長度約兩米左右，除了管徑稍大一些，以及銅管兩端又多了法蘭盤之外，其余的部分與火炮基本上差不多。法蘭盤的接觸面為椎形面，并且在接觸面上又有三層純銅制作的密封圈，銅圈之間還可以加入麻繩與石棉等密封材料，又采用十二根鑼栓緊固，高壓氣密性幾乎可以說是完美。主管線從鍋爐中引出之后，經(jīng)過地下挖好的地道進(jìn)入車間，并且每經(jīng)過一臺蒸汽機時，便會留有一個三通接口，然后順著這個接口再引入一根內(nèi)徑約四厘米的銅管，最終進(jìn)入到蒸汽機中。蒸汽回收管路則會收集蒸汽機排放出的低溫蒸汽，經(jīng)冷凝之后再由主回收管匯入冷卻罐中。至于彎頭與三通等管件的鑄造也無可挑剔，只是蒸汽閥門在開關(guān)過程中會存在輕微的漏汽現(xiàn)象，但如果閥門處于全關(guān)或全開的狀態(tài)時，由于存在兩個椎形面進(jìn)行密封，反而密封得極好，并不存在蒸汽泄漏的現(xiàn)象。

    此時，所有的管線都已布完，車間內(nèi)留了三個三通接口，正好位于三臺車床下面，這些接口都被銅制封頭臨時封住，而布好的管線都已在其外面包上了隔熱材料，這也是為了防止蒸汽在流經(jīng)管道時溫度會有所下降，從而影響蒸汽機的效率。

    第二臺車床已工作了近十天，史可等人竟然真的用車床完成了汽缸的制作。不過因為用車床加工內(nèi)孔畢竟不太方便，因此史可又專門制作了一個尾架與一個旋轉(zhuǎn)刀架，將缸體固定在尾架之后，又將車刀裝入旋轉(zhuǎn)刀架中，并且將刀架用卡盤固定在主軸上，這才完成了缸體內(nèi)孔的車制，但這種方法其實與鏜床也差不多了。既然掌握了這種方法，史可等人索性一連制作了三臺蒸汽機。

    這種小型蒸汽機的缸徑大約十厘米，行程為二十厘米左右，采用了雙向蒸汽驅(qū)動的方式。蒸汽機的缸體為球墨鑄鐵鑄造，經(jīng)過車床的多次車制之后，汽缸內(nèi)壁已是極為光滑。史可等人也不再用砂輪進(jìn)行內(nèi)圓磨制，而是準(zhǔn)備等到蒸汽機運行起來之后，由活塞環(huán)進(jìn)行汽缸內(nèi)壁的磨制，然后再更換一批新的活塞環(huán)即可。蒸汽機的活塞也是采用球墨鑄鐵鑄造，但為了減少活塞往復(fù)運動時所帶來的慣性，這個活塞制作得極薄，主體大約只有一厘米厚，與汽缸的接觸面又稍有加寬，大約向一側(cè)伸出四厘米左右，盡管如此，活塞的厚度仍然足夠安裝三個活塞環(huán)?；钊h(huán)全部為銅合金制作，這種銅合金的硬度要小于汽缸壁的硬度，這也是為了避免汽缸被過度磨損。這種活塞環(huán)的成品率極低，有些是在鑄造時失敗的，有些則是在打磨時無法掌握圓度而導(dǎo)致作廢，后來史可等人干脆采用車制，然后再經(jīng)斜刀切掉根部，這才用新的方法制造出了一批活塞環(huán)。由于活塞不并不是一個閉環(huán)，因此要裝在活塞之上也不困難。

    蒸汽機主要由汽缸與齒輪箱組成，這兩部分加起來比一臺電腦主機稍大一些?？粗矍斑@三臺機器，李不偉感慨萬千，為了制作這三臺蒸汽機，實驗室眾人總共忙了四個多月。先是要制造車刀與低精度車床，然后再制造出精度等級更高的車床，又要進(jìn)行復(fù)雜的機械運動軌跡計算，還有蒸汽壓力與管路耐壓的設(shè)計，更有眾學(xué)者與車工日夜加班的辛苦。用四個月制作出蒸汽機，在李不偉看來已是神速了，如果不是在晚上也在加班生產(chǎn)的話，恐怕半年出無法制造出這種精度的蒸汽機。

    為了將活塞的直線往復(fù)運動轉(zhuǎn)化為圓周運動，這臺蒸汽機采用了一個曲柄搖桿機構(gòu)?；钊囊欢斯潭ㄓ幸粋€連桿，這個連桿從活塞缸體中穿出，然后在缸體的外面又穿過兩個定位軸孔。蒸汽機的缸殼與活塞連桿之間因為存在相對運動，因此又要進(jìn)行多級密封。連桿的密封圈是采用銅質(zhì)與球墨鑄鐵材料，只不過此時密封圈并不是固定在連桿上，而是嵌入到蒸汽機缸體之內(nèi)。當(dāng)活塞在蒸汽的作用下做往復(fù)運動時，這根連桿也會跟著一起運動，因為連桿自由度的限制，又需要在這根連桿的端部通過轉(zhuǎn)軸與另一根搖桿相連，再與曲柄組成曲柄搖桿機構(gòu)，而曲柄又是直接固定在飛輪上的。飛輪的體積并不大，整個飛輪采用銅合金鑄造，外圈做了加厚處理。為了制造這個飛輪，李不偉還參考輪胎動平衡機的原理，制造了一個簡單的動平衡設(shè)備，如今飛輪快速轉(zhuǎn)動時已基本沒有發(fā)抖現(xiàn)象。

    蒸汽機并沒有直接安裝在機床上，而是在旁邊的另一個平臺上安裝。蒸汽機的飛輪其實也是變速箱的一部分，在經(jīng)過減速系統(tǒng)之后，最終的輸出轉(zhuǎn)速會下降五倍左右。蒸汽機的動力輸出軸從變速箱中引出，又通過一個轉(zhuǎn)接件與車床的驅(qū)動軸相連，不過現(xiàn)在這個連接件仍然沒有安裝，因此蒸汽機運轉(zhuǎn)起來之后，車床主軸是不會跟著轉(zhuǎn)動的。由于汽缸活塞的直線運動特性類似于正弦曲線，再加上有飛輪的穩(wěn)定作用，因此從輸出軸上所表現(xiàn)出來的就接近于勻速圓周運動。至于蒸汽機的啟動與停止，則是由進(jìn)汽閥門進(jìn)行控制。將閥門關(guān)閉時，蒸汽機就停止運動；將閥門完全打開時，蒸汽機處于最大轉(zhuǎn)速狀態(tài)；如果將閥門調(diào)到其它中間位置，則蒸汽機的轉(zhuǎn)速也將跟著發(fā)生變化。

    由于蒸汽管路早在幾日前就已鋪設(shè)完畢，因此眾人只用了半天的時間就完成了蒸汽機的安裝，同時蒸汽機的進(jìn)汽與回汽管路也已妥善布置，各種管線的外面也都用隔熱材料包了起來。等所有的零件與管路都已安裝完畢，李不偉讓人在鍋爐里裝了適量的水，然后開始燒了起來。因為這臺鍋爐仍是實驗性的，因此李不偉也沒有考慮鍋爐的保溫問題，鍋爐就直接放置在泥磚結(jié)構(gòu)的平臺上。此時已有一名鍋爐工已開始搖動了鼓風(fēng)機，鍋爐中的木炭燒得通紅，不一會兒鍋爐中的水便已燒開了。這時，另一名鍋爐工又將鍋爐蓋擰緊，再將鍋爐的總閥門關(guān)閉，只見壓力計上的指示桿被慢慢地頂了起來，顯然鍋爐內(nèi)已達(dá)到了一定的壓力。為了安全起見，李不偉與眾學(xué)者都退到了車間之內(nèi)。

    又過了一會兒，眾人聽得鍋爐房內(nèi)的安全排氣閥已傳來‘咝咝’的聲音，顯然鍋爐的保護(hù)裝置已起作用了。李不偉命人將蒸汽機的放汽閥打開，同時又將鍋爐的總閥門也慢慢打開，只聽得排汽閥中又傳來一陣‘咝咝’聲，顯然此時排出的正是管道中的空氣。又過了片刻，已有蒸汽從的放汽閥中噴出，此時早已有人上前將放汽閥關(guān)閉。

    由于蒸汽機汽缸與管路的安全系數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鍋爐，因此即使發(fā)生爆炸事故也不會從蒸汽機開始，此時眾人都湊到了蒸汽機跟前，目不轉(zhuǎn)睛地盯著這臺意義重大的機器，只見它仍然一動不動，而此時活塞剛好處在中間位置，這正是最容易被蒸汽推動的狀態(tài)。

    過了一會，只見蒸汽機的缸體與連桿處冒出了一絲白汽，緊接著就見連桿輕微地動了一下，旁邊早已有人將飛輪朝著一個方向輕輕一轉(zhuǎn)，便見這個飛輪已慢慢開始轉(zhuǎn)動起來。眾人眼睛也不敢眨一下，直勾勾地盯著眼前這臺機器，李不偉此時激動難奈，畢竟這臺蒸汽機第一次試制便已成功，雖說有了自己來自后世的知識，但更多功勞卻要歸于那臺車床，以及實驗室中的眾學(xué)者了。此時蒸汽機的飛輪已轉(zhuǎn)得越來越快，李不偉已能清楚地聽到缸體內(nèi)汽閥傳出的“撲撲”聲，這種聲音極有節(jié)奏，與電影中蒸汽機車所發(fā)出的聲音極其相似。

    眾人一時都看得呆了，李不偉忽道：“范大人，檢查一下各個磨擦面的潤滑情況如何？另外還要觀察一下蒸汽機的轉(zhuǎn)速?！狈稏|來猛地一醒，這才回過神來，又連忙檢查了一陣，道：“潤滑情況還算不錯?；钊臐櫥兔嬗兴陆?，但還在正常范圍之內(nèi)。曲柄連桿處的幾個潤滑點目前還算正常，不過估計每隔幾分鐘左右就要重新滴上潤滑油。轉(zhuǎn)速也仍然在繼續(xù)增加，現(xiàn)在的讀數(shù)是62?！崩畈粋ァ拧艘宦?，也不再多說，又與眾人一起仔細(xì)觀察起來。

    李不偉這次設(shè)計的汽缸潤滑系統(tǒng)，是采用活塞的往復(fù)運動來觸發(fā)一個小的頂桿式閥門，這個閥門每打開一次，便會有少量的潤滑油進(jìn)入臨時儲油室。當(dāng)活塞運動到最底端時，其上部產(chǎn)生負(fù)壓，便會將潤滑油吸入一小滴到缸體之內(nèi)。潤滑油先對連桿與缸體的磨擦面進(jìn)行潤滑，又由于汽缸是垂直排列，因此潤滑油會順著連桿自然流下，再流向活塞。而活塞的表面有潤滑油的導(dǎo)槽，又可以將潤滑油送到活塞的四周，從而實現(xiàn)活塞與汽缸的潤滑。與后世的內(nèi)燃機比起來，蒸汽機汽缸的工作溫度并不算高，這也是因為汽缸內(nèi)沒有產(chǎn)生燃燒，只是單純的高壓蒸汽的作功。正因為如此，普通的硫化植物油也可以用作活塞與缸套的潤滑。至于吸入缸體的潤滑油，因為其粘度較高而不會被蒸汽帶走，又流入了一個回收室，在流經(jīng)回收室的過程中又可以對汽閥進(jìn)行潤滑。這個機構(gòu)雖然極為復(fù)雜，但李不偉仍覺得十分有必要，因為如果潤滑不良的話，蒸汽機的使用壽命必然大受影響，甚至連一天也維持不下去。

    其實，這套潤滑系統(tǒng)是李不偉與眾學(xué)者研究了一整天才決定下來的。最理想的潤滑系統(tǒng)是采用油泵。潤滑油經(jīng)油泵打入到多孔加油機，分別對汽缸與活塞連桿等進(jìn)行潤滑，同時各個汽室的閥桿也要進(jìn)行潤滑，當(dāng)然如果是蒸汽機車或是蒸汽船時，還要為輪軸、熱水泵等也進(jìn)行供油潤滑。李不偉早已查看過多種蒸汽機潤滑方法，最終還是決定先采用這種最簡單的方式，等到加工技術(shù)再提高一些之后，又或是蒸汽機的用途再廣泛一些，再開始制造復(fù)雜的潤滑系統(tǒng)也不遲。其實這種負(fù)壓式油泵在一些老式磨托車上也有使用，通常磨托車的油箱都處于發(fā)動機的上方，因此當(dāng)發(fā)動機燃燒一次后，會形成一個負(fù)壓，這個負(fù)壓達(dá)到一定程度之后，會將油箱開關(guān)打開，從而使得汽油流入化油器。李不偉與眾學(xué)者的設(shè)計也正是參考了這種負(fù)壓工供油的方式。

    此時，蒸汽機已達(dá)到了每分鐘近130轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，也就是說活塞每秒種要往復(fù)運動兩次，這比歷史上的第一批蒸汽機已經(jīng)要好上許多了。原歷史上的第一批蒸汽機轉(zhuǎn)速只有40多，也就是說活塞每秒種往復(fù)還不到一次，這也是由于當(dāng)時的加工條件所限制的，但大宋皇家實驗室就不同了，此時實驗室中已有了車床，而且又有了極為超前的理念，其中更是用到了一些內(nèi)燃機的設(shè)計與加工經(jīng)驗，又哪是瓦特等人能趕得上的呢？其實，世界上第一臺蒸汽機出現(xiàn)之時，大部分零件都是由手工打造，因此每臺蒸汽機的規(guī)格都不一樣，也就是說零件并不通用。到了后來的瓦特蒸汽機出現(xiàn)時，由于加工工藝跟不上去，因此其熱效率也是極低，根本趕不上眾學(xué)者設(shè)計制作的這三臺蒸汽機，況且這些蒸汽機又是采用了球墨鑄鐵材料與機械加工方法制造出來的，精度與耐磨性自是要好上許多。李不偉對于蒸汽機的轉(zhuǎn)速還是比較滿意的，因為即使到了二十世紀(jì)，大多數(shù)蒸汽機也就是這個轉(zhuǎn)速，雖然也有極少數(shù)蒸汽機達(dá)到了兩千多的轉(zhuǎn)速，但那也是采用多個汽缸來實現(xiàn)的了。如果要將轉(zhuǎn)速再提高一些，就需要提高蒸汽的壓力，或是設(shè)計出多缸的蒸汽機，但李不偉此時并不準(zhǔn)備開始多缸蒸汽機的研制，因為這會涉及到一個配汽的問題，如果采用單脹式做功，則熱效率太低，如果采用多脹式做功，則又會使得汽道與閥門的設(shè)計極為復(fù)雜，以目前的加工技術(shù)尚難實現(xiàn)。

    車間內(nèi)的眾人看得入神，外面鍋爐房的兩人也忙得不亦樂乎。此時鍋爐的燃料早已加得充足，又在一人在旁邊奮力地?fù)u著鼓風(fēng)機，但鍋爐的壓力卻提高的不多，偶爾能看到壓力指示器上升一下，但搖動鼓風(fēng)機的人卻已筋疲力盡了。至于蒸汽機的轉(zhuǎn)速，也是始終穩(wěn)定在130轉(zhuǎn)左右，偶爾會上到150，但隨著鍋爐壓力的下降，又重新回到了130的穩(wěn)定狀態(tài)。范東來旁邊看得清楚，道：“大人，下官認(rèn)為應(yīng)該再造出一臺專門用于鼓風(fēng)機的蒸汽機，如此一來便能使得鼓風(fēng)機始終保持高速運轉(zhuǎn)，從而使鍋爐內(nèi)的壓力大增。”李不偉點頭道：“理當(dāng)如此。如今這鍋爐與蒸汽機是分體設(shè)計的，倘若日后要設(shè)計一體式蒸汽機，也要考慮鍋爐鼓風(fēng)機的問題?！?br/>
    接下來，幾人又開始對蒸汽機的其它部件進(jìn)行試驗。范東來將進(jìn)蒸汽機的進(jìn)汽閥門關(guān)閉之后，蒸汽機也停止了運轉(zhuǎn)，又過了不久，就聽見鍋爐房間傳來“咝咝”的漏汽聲，正是安全排汽閥在起作用了。然后他又試著將閥門調(diào)到不同的角度，只見蒸汽機也以不同的轉(zhuǎn)速工作，而外面的泄汽閥也時開時閉地響應(yīng)著，顯然這套安全控制系統(tǒng)與進(jìn)汽裝置完全工作正常。最后，范東來又將進(jìn)汽閥開到最大位置，空負(fù)荷工作了近半個小時之后，李不偉命人將蒸汽機停止，又叫眾人拆下外層的隔熱材料，準(zhǔn)備對蒸汽機進(jìn)行一次全面的檢查。

    范東來幾人將變速箱的蓋子取下，觀察一陣之后，道：“李大人，變速箱中的各個零件一切正常。由于每個連接件的轉(zhuǎn)動軸與磨擦面一直在滴油潤滑，因此并沒有出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，而齒輪的齒面與軸承部分也能夠充分潤滑?！笔偾镄Φ溃骸斑@也是由于變速箱頂蓋上設(shè)計的幾個滴油漏斗，才能使得每個磨擦面都得以充分的潤滑。”李不偉點了點頭，又示意幾人又將汽缸蓋打開。等汽缸蓋打開之后，眾人又取出活塞，只見經(jīng)過了一個小時的運轉(zhuǎn)之后，缸壁已被磨得光亮無比，比剛安裝時要好上許多，顯然汽缸磨合得還是不錯的。其實這也是因為汽缸采用直立式安放，因此活塞在運動過程中并未受徑向作用力，從而使得活塞的各個方向都能得以充分磨合，而潤滑油也能更為均勻地分布到各個磨擦面。

    眾人此時驚喜之極，沒想到經(jīng)過一個小時的高速運轉(zhuǎn)之后，汽缸壁竟然比剛安裝時更加光滑，而且汽缸與活塞的配合也更為緊密。此時李不偉也有些等不及了，忙又叫人將蒸汽機裝好，準(zhǔn)備帶動車床進(jìn)行試驗了。幾人又是一陣忙碌，終于將蒸汽機與車床的驅(qū)動軸連接起來，又在車床的卡盤上也夾裝了工件。等到再次開機時，只見車床的主軸也已跟著轉(zhuǎn)了起來，顯然已比手工驅(qū)動的方式要快上許多倍了。當(dāng)初手工驅(qū)動時，車床主軸的轉(zhuǎn)速大約不到一圈，現(xiàn)在經(jīng)過蒸汽機與車床的兩級減速之后，已能達(dá)到將近五圈的轉(zhuǎn)速。史可早已在旁邊將車刀慢慢地推進(jìn)，只聽得一陣切削聲過后，工件表面已被車掉薄薄的一層。史可又將車刀慢慢向車頭方向移動，不一會兒就將整個工件粗車了一遍，所用時間竟然不到以前的十分之一！

    圍觀的人早已驚得呆了，沒想到蒸汽機驅(qū)動的車床竟然有如此效率。一時眾人議論紛紛，已開始談?wù)撝谌嚧驳闹谱髁?，又有人建議馬上將這種蒸汽機大批量生產(chǎn)，同時用到各個冶煉工廠與鑄造廠的鼓風(fēng)機上。李不偉在一旁笑而不語，心想蒸汽機的用途可不止于此，但此時尚未發(fā)展到那個階段，一時也不便多說，笑道：“各位，眼下最重要的是為下一代的車床設(shè)計出變速系統(tǒng)。由于第二代車床沒有設(shè)計離合與變速裝置，因此只要驅(qū)動軸一轉(zhuǎn)，車床主軸也自然會跟著轉(zhuǎn)動。如此一來，車床主軸的轉(zhuǎn)速要靠著蒸汽閥門來控制，顯然是極不方便。另外，蒸汽機應(yīng)該與變速箱分開設(shè)計，而不應(yīng)像眼前這臺機器一樣將汽缸與變速箱做成一體，蒸汽機本身只是輸出簡單的圓周運動。”石仲秋一旁接口道：“李大人所言極是。蒸汽機的活塞做的是往復(fù)直線運動，再由曲柄搖桿機構(gòu)將直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)閳A周運動。而變速箱是將蒸汽機的輸出轉(zhuǎn)速加以改變，從而適應(yīng)不同的需求。以目前的情況來看，李大人以前所說的標(biāo)準(zhǔn)化也該開始實施了?！北娙寺牭眠B連點頭，一時贊許之聲四起。

    經(jīng)過了一番檢查之后，李不偉心頭大定，笑道：“各位大人，這三臺蒸汽機基本上可以說是制作成功了，不過為了驗證其穩(wěn)定性，還需要更長時間的試機。從現(xiàn)在開始，讓這臺蒸汽機帶動車床連續(xù)運轉(zhuǎn)上一整夜，各位可以在此期間試著制作一些軸與軸承，明日中午時分再進(jìn)行一次檢查，到時如果仍未出現(xiàn)多大問題，便可以小批量生產(chǎn)了?！?br/>
    （注：能動起來的蒸汽機，要制作其實不難。以前在實驗室曾見過木頭制作的蒸汽機模型。用空氣泵吹進(jìn)去代替蒸汽，便能讓這個木模型動起來。而且最早的蒸汽機其實大部分零件也是木頭制作。此時既然有了車床，要造蒸汽機是沒問題的，更何況有球墨鑄鐵這一法寶。不過要制作汽輪機就不那么簡單了，至少推力推力軸承就無法制造出來，更何況匯力盤、級間氣封、高壓氣封、圍帶、拉筋等高精度零件了，此時恐怕單級汽輪機都制造不出來，當(dāng)然主角不會只限于單級輪機的。另外，單缸柴油機應(yīng)該可以制作吧？不對之處請高人指教）;