刘玉龙听完了汪莱的蒸汽船的情况汇报之后,直接叮嘱他:
“蒸汽机的事情和钢铁厂一样,继续升级改进迭代,同时快速扩大生产。
“所有造船厂尽量建造蒸汽船,除非蒸汽机供应不上的时候,才去继续造传统帆船。”
这个事情牵扯范围大,几个格物院秘书一起答应下来:
“臣等谨记。”
汪莱继续汇报了一个情况,同时也咨询了一个问题:
“启奏陛下,在钢铁厂能够批量生产精钢之后,机械司就按照陛下曾经的旨意,恢复了蒸汽轮机的研究。
“已经制作出了一台六层桨叶的蒸汽轮机,其最大出力已经与往复式蒸汽机不相上下了。
“而且根据蒸汽轮机的特性,很明显可以继续扩大以获得更大的力量。
“根据陛下的旨意,蒸汽轮机可以用在大型船舶上。
“但是蒸汽轮机的转速远高于往复式蒸汽机,至少超过每分钟三千转之后才能有比较高的效率。
“理论上可以通过减速齿轮,转换转速之后驱动明轮。
“但是明轮转速不能太高,通常都在每分钟三十转到六十转,速度太快就容易损坏。
“从每分钟数千转,减速到每分钟数十转,减速齿轮设计加工难度极高。
“工匠希望能够请教陛下,此事有没有更好的解决方法。”
刘玉龙已经正式定下了蒸汽轮机的名字,不让工匠再叫车盘式蒸汽机了,欧式蒸汽机也改称往复式蒸汽机。
刘玉龙还曾经专门要求过,应用往复式蒸汽机之后,蒸汽轮机也要继续研发下去。
转炉炼钢技术基本完善之后,精钢的冶炼成本直线下降,蒸汽轮机的研究也随即扩大了规模。
制作了更大的蒸汽轮机,测试了轮机性能之后,准备用于船舶的改造实验。
但工匠们在这里遇到了难以解决的复杂难题。
用机器驱动船舶航行,理所当然的方法就是水车式的“浆轮”,去制作蒸汽明轮船。
往复式蒸汽机结构沉重,还要依靠曲轴和活塞传动,所以适宜转速很低,通常在每分钟数十转到数百转的区间。
明轮需要持续拍击水面,适宜的旋转速度也很低,通常是每分钟几十转。
用往复式蒸汽机驱动明轮,通常只需要一个减速齿轮就行了,甚至可以不使用减速齿,乐意用蒸汽机直接驱动明轮旋转。
所以往复式蒸汽机明轮船的技术难度极低,才能在蒸汽机出现之后快速应用,算是往复式蒸汽机的衍生科技。
但是蒸汽轮机就不行了,正常都是每分钟三千转起步,成熟之后基本都是每分钟一万转。
驱动明轮必须使用百倍减速齿轮组,加工制造难度很高。
如果能够量产这种东西,就可以直接去生产内燃机和汽车了,不用折腾往复式蒸汽机了。
至于怎么解决问题,刘玉龙理所当然的想到了螺旋桨。
不过这不是什么奇特的想法,刘玉龙觉得应该早就有人想过了:
“工匠们既然已经做过蒸汽机风扇了,风扇可以吹风,也就可以吹水。
“格物院那么多的工匠,应该有人考虑过这种设计吧?
“不过风扇要改变一下型状,将长直扇叶改成蒲扇一样的短圆状,螺旋排列在主轴末端。
“将其沉入水中,旋转向后推水,反过来让船舶向前航行。
“这个设备可以称之为螺旋桨。
“螺旋桨不会持续拍击水面,转速就可以大幅度的提升,应该能达到三百转左右。
“这样大功率的轮机,最多二十倍的减速齿轮就足够了。
“小功率轮机甚至可以直驱。”
汪莱回想了一下马上点头说:
“陛下圣明,确实有过工匠测试过这种螺旋桨设计。
“转速确实可以大幅度提升,相应的减速齿轮设计压力就大幅度降低了。
“甚至用低速蒸汽轮机,直接驱动螺旋桨,也不会导致损坏,只是性能会明显降低。
“但这又形成了另外的两个难点。
“如果蒸汽轮机置于水面以上,就需要用九十度齿轮两次转变方向,才能驱动螺旋桨。
“这种结构在高速旋转下非常容易损坏。
“如果将蒸汽轮机置于水面以下,用驱动轴直接穿过舰体,密封问题就难以解决。
“因为主轴要持续高速旋转,无法直接密封。
“工匠提出的设想是,使用有油性的木材、黄铜、石棉绳来做密封,同时配合尾部单独的水密舱和抽水机持续排水。
“但是这些密封材料的损耗仍然很快,关键是尾部渗水的船舱也很容易损坏……”
蒸汽轮机与螺旋桨更加适配,但是想要让让螺旋桨上船,新的麻烦问题又出现了,比往复式蒸汽机麻烦的多。
这一连串的新问题都需要专门去解决,大概就是跨越式研发的负面结果。
汪莱说明这些情况的时候,周围几个大学士都集中了精神,想听听刘玉龙有什么好办法。
刘玉龙回想了一下现代的船舶螺旋桨传动轴怎么密封。
刘玉龙和很多男人一样都对这种事情很好奇,所以在造船厂干活的时候跟工程师们聊过。
刘玉龙就直接拿出工程师给自己讲解的内容,转达给眼前的这些工匠们:
“螺旋桨传动轴防水问题属于‘动态密封’问题。
“传动结构只要开始运动,就肯定会有渗透现象,物理上无法做到百分之百密封。
“所以就要放弃‘密封’这个想法,改用‘避免渗水’的思路来解决。
“密封的目标是防止渗水,但防止渗水的方法不只是密封。
“我们可以从内向外吹水、吹油、甚至向外吹气。
“只要由内而外的压力,超过由外而内的水压,那水自然就进不了船舱了。
“相当于进攻性的防守,我们只要能够打死所有的敌人,自然也就不需要再专门去防守了。”
几个大学士全都恍然大悟,控制不住的交口称赞:
“原来如此,换个角度解决就好了。”
“原来还可以这样做。”
“陛下圣明啊。”
“有了这个法子,蒸汽轮机上船就再无阻碍了。”
刘玉龙等大学士们宣泄了情绪,继续叮嘱一些自己听打听来的具体方法和细节:
“将传动轴的轴套从一个,改成一个加长的长筒。
“长筒内留出多个半独立的空腔,其中一部分用作原有的轴承轴套。
“另外两个用油泵泵入油液,两个用气泵持续吹入空气。
“油液首先为轴承供油,同时挡住空气的渗透,避免空气吹入轴承,产生空泡。
“空气持续向外吹,减少油液的渗透和浪费。
“这需要气泵和油泵,制作逻辑跟水泵类似,只是加工难度更接近蒸汽轮机。
“与此同时,轴套中各个半独立空腔之间的缝隙,应该尽可能狭窄。
“以避免油液、空气、海水逐渐混肴在一起,失去作用。
“外面再加之两层收缩式密封橡胶垫,传动轴旋转的时候张开,不阻碍传动轴活动。
“停转的时候收缩静密封,防止漏气、渗水、渗油。”
这就是现代大型船舶主轴的防水方法,通常都会有总共七层结构。
按照造船厂工程师的说法,可以做到终身不漏水,最多是破坏一到两层结构。
大学士们赶紧连连赞叹,同时把这些东西仔细记录下来,这能节省他们大量的脑细胞。
刘玉龙等他们现场记下来之后,才继续说自己关心的另外的问题:
“蒸汽机驱动的各种加工工具的研究也不能放松。
“蒸汽鼓风机、抽水机、锯木机、造币机、锻机、轧机等等。
“然后是材料方面的研究,各种合金的特性的研究,也要一直持续。
“比如在纯铁中添加什么样的材料,能够得到什么样的效果。
“采用什么样的加工方式,又能得到什么样的结果。
“这些都是未来的长期工作,永远都不能停。
“就算是短期内没有什么成果,人力和物力的支持也不能缩减。
“发现一种新材料,就可能解决一个长久以来的痛点。
“制作更高精度的工具,生产更高水平的机器,冶炼更高性能的材料,再制作新的工具。
“生产加工制造能力就是在这样的循环中不断升级的。
“对了,这方面最近有什么新的发现吗?
“看上去有用没用先不用管,让我来判断,先说说足够特殊的发现。”
几个秘书对望一眼,李锐不太确定的说了一个情况:
“最近的报告里面提到了一件事。
“有工匠在摸索大型传动轴的机械加工方法,他在实验中尝试用轧机纵向轧制钢柱。
“但是轧制之后,钢柱强度不但没有升高,反而下降了。
“他继续测试后发现,轧制后的钢柱强度由外而内不断降低,钢柱的芯部最为酥软。
“轻轻敲击就会变得坑坑洼洼,像面团一样。
“这与他的预期恰好完全相反,冶金司的其他工匠也觉得很奇怪。
“有工匠不愿意相信,于是就去分头做了测试,但是最终都复现了这个结果。
“也有工匠意识到,以前用树干铺在地上,用来运送大型石材的时候,也有这种效果。
“树干被巨石碾压的多了,中间也会变得格外脆弱,最终完全崩溃。
“有工匠注意到过,这种崩溃是由内而外的。”
刘玉龙听了这些说明,在短暂的疑惑之后,猛地反应过来了,这可能是怎么回事了。
于是似笑非笑的问了个看似不相关的问题:
“应该有人尝试过,用芯棒顶压钢柱的中心,用以生产钢管吧?”
李锐马上点头回答说:
“有工匠尝试过,这是制作铜管的方法,但是用在钢管加工上却失败了……
“等等——陛下您的意思是,先纵向轧制钢柱,再去顶压!”
李锐说到半截就反应过来了,既然钢柱内部会变得酥软,那就可能被芯棒顶穿了。
刘玉龙微笑着对汪莱说:
“尽快成立个小组,专门去研究这个现象,以及这个加工方法。
“轧机的轧辊不要与钢柱并行,可以采用三个轧辊相互倾斜一定角度,持续轧制钢柱。
“用轴承固定钢柱的位置,让钢柱在轧辊的碾压下旋转。
“确认持续长期轧制之后,钢柱中心的酥软到极限之后,会不会发生撕裂。
“无论是不是会撕裂,等另外准备一根芯棒,在持续轧制的同时,用芯棒顶压钢柱芯部。
“确认是否能通过这样的工艺,用芯棒顶压实现钢管的生产。”
几个大学士都有种恍然大悟的感觉,被刘玉龙点名的李锐马上应承下来:
“臣记下了,臣今天就去安排!”
刘玉龙知道这个方法会成功,因为这就是无缝钢管的技术原理。
无缝钢管是现代工业中的非常常见的渠道材料,其研发和生产的难度其实都不算高。
有质量稳定的钢材,有了基本成熟的蒸汽机,还有能够轧制钢坯的大型轧机。
拥有这些资源的人,还能够去尝试各种各样的加工方法,就有可能把这个技术折腾出来。
这就是有基本成熟的科研机构的好处了,大量的工程人员长期专职搞各种各样的实验,不断折腾出各种新的发现。
刘玉龙再用自己的先见之明筛选点拨一下,就能让有用的技术快速成熟并落地生根,避免重要技术被埋没。
无缝钢管主要用于生产各种承压渠道,进而提升冶金、机械、锅炉的性能。
现代的正规枪管和炮管,其实是用锻造钢柱钻孔而成的,通常不会使用无缝钢管制造。
因为锻造件性能高于轧制件,钢柱钻孔的枪管性能,高于轧制而成的无缝钢管。
不过在十九世纪中期,枪管还是用熟铁做材料,让铁匠手工卷制而成的。
无缝钢管的性能和稳定性,都远超这种熟铁卷制的枪管,且生产速度也能全面领先。
就算是熟练工匠,一个月也就能生产两根卷制枪管。
但是无缝钢管技术成熟之后,一条生产线一天就能生产数千根枪管。
一条生产线能顶数千个工匠。
现在的大汉民兵大部分仍然只有冷兵器,主要任务是维持治安并作为储备兵力。
正规军才能做到人手一杆枪、一把剌刀。
有了无缝钢管技术之后,刘玉龙就能给大汉的两千万民兵发枪了。
以后的海外民兵自然也能够全面持枪了。
而工业时代的枪械和弹药供应,也能成为限制军队独走的手段,所以这门技术现在非常重要。