发电机做出来了,但手摇发电机只能用来教学,真正要驱动耕地机,需要持续稳定的电力,需要火力发电。
火力发电的核心,是锅炉。
锅炉烧煤,把水烧成蒸汽,蒸汽推动汽轮机。
说起来简单,做起来全是问题。
第一个问题是材料。锅炉要承受高温高压,普通的铁不行,会变形、会开裂。
需要用特殊的钢材,耐热钢。
楚昭宁在黑板上写了一个配方:铬、钼、镍、铁。
“这是一种合金钢。”她指着黑板上的字,“在铁里面加入这些元素,炼出来的钢耐高温、耐高压,不会变形。”
五个人看着那些陌生的字眼,一脸茫然。
“娘娘,这个铬,是什么?”林墨问。
楚昭宁想了想,用最通俗的话解释:“是一种矿石。应该产于西部。”
“你们先去找,找到了最好,找不到,咱们再想别的办法。”
五个人领了任务,分头去找。工部、户部、各地的矿监,能找的地方都找了。
一个月后,林墨带回了一个好消息,在雍州的一个矿里,发现了一种黑色的矿石,和娘娘描述的铬很像。
楚昭宁拿到矿石样本,做了简单的测试,确认那就是铬铁矿。
“就是这个。”她松了一口气,“找到了铬,其他的就好办了。钼和镍,本宫知道哪里有,辽东有镍矿,河东有钼矿。”
五个人听得目瞪口呆。娘娘怎么什么都知道?
材料的问题解决了,接下来是制造。
楚昭宁画了一张锅炉的设计图。一个巨大的圆筒形钢制容器,外面包着保温层,里面装着水管和汽包。
水在锅炉里被加热成蒸汽,蒸汽通过管道进入汽轮机。
她把图纸交给五个学生:“你们先看,看懂了再问。”
五个人围在图纸前,看得眼睛都花了。
那些线条、尺寸、标注,密密麻麻的,像天书一样。
林墨看得最认真,一边看一边在纸上画,把不懂的地方都记下来。
“娘娘,这个汽包是做什么用的?”他问。
“储存蒸汽,稳定压力。”楚昭宁指着图纸上的汽包,“锅炉烧出来的蒸汽,压力忽高忽低,不能直接推动汽轮机。”
“先把蒸汽存到汽包里,等压力稳定了,再放出来推动汽轮机。”
“那这个过热器呢?”另一个匠人指着图纸上的另一个部件问。
“把蒸汽再加热一遍。”楚昭宁说,“蒸汽温度越高,压力越大,推动汽轮机的力量就越大。”
“过热器的作用,就是把饱和蒸汽变成过热蒸汽。”
五个人一边听一边记,笔尖在纸上沙沙作响。
日子一天天过去,研究室的角落里,堆满了做实验用的零件、材料、工具。
黑板上的字擦了又写,写了又擦,满满当当全是公式和图纸。
楚昭宁每天上午讲课,下午带他们做实验。
讲完了电磁感应,讲电路基础。讲完了电路基础,讲热力学。讲完了热力学,讲材料学。
五个人的基础参差不齐,有人听得懂,有人听不懂,但没有人放弃。
听不懂的就问,问了还不懂,就再问。
楚昭宁从不嫌烦,一个问题能用五种方式讲,直到他们听懂为止。
“娘娘,学生还是没明白,这个电压和电流,到底是什么关系?”国子监那个学生皱着眉头问。
楚昭宁拿起一个水桶和一根水管:“你看,这个水桶就像电池,水管就像导线。”
“水桶里的水越多,压力越大,水流就越急。电压就像水压,电流就像水流。水压越大,水流越急;电压越高,电流越大。”
学生恍然大悟:“原来如此。”
林墨学得最快。他的记性比一般人好得多。
更重要的是,他有一种天生的直觉,看到一个问题,脑子里就会冒出好几个解决思路,虽然大部分都不对,但偶尔会有一个靠谱的。
楚昭宁发现,林墨在机械设计方面特别有天赋。
他画出来的草图,虽然粗糙,但“结构巧妙,常常让楚昭宁眼前一亮。
“你这个齿轮组的设计,”楚昭宁指着林墨画的一张图纸,“比本宫想的还省材料。”
林墨不好意思地挠挠头:“学生就是想着,能省一点是一点。”
楚昭宁笑了笑:“这就是工程思维。材料不是天上掉下来的,能省就省,能简就简。但有一个前提,不能牺牲安全和性能。”
林墨认真地点点头。
锅炉的问题解决了,接下来是汽轮机。
汽轮机是火力发电的核心,高温高压的蒸汽冲击汽轮机的叶片,叶片带动转轴转动,转轴带动发电机转动,产生电能。
楚昭宁画了一张汽轮机的设计图。
—一个长长的圆筒形外壳,里面装着一级一级的叶片,叶片的角度经过精心设计,能让蒸汽的能量最大限度地转化为机械能。
“这些叶片,”楚昭宁指着图纸上的叶片,“是汽轮机的核心。叶片的角度、形状、材料,都会影响汽轮机的效率。”
五个人的眼睛盯着图纸,脑子里飞快地转着。
“娘娘,”林墨突然问,“这些叶片,用什么材料做?”
“好问题。”楚昭宁点点头,“叶片要耐高温、耐腐蚀、耐疲劳。普通的钢不行,要用合金钢,加铬、加钼、加钒。”
“钒?”又是陌生的字眼。
“一种矿石。”楚昭宁说,“蜀地有。”
五个人已经习惯了娘娘这种“什么都知道”的本事,不再惊讶了。
接下来是制造叶片,这是整个工程中最难的部分。
叶片要做得薄而坚固,角度要精确到分毫,表面要光滑得像镜子一样。
楚昭宁带着五个人,用精密铸造的方法,一点一点地做。
先做蜡模,然后在蜡模外面涂上耐火材料,等耐火材料干了之后,加热把蜡融化掉,留下一个空腔,然后把熔化的钢水浇进去。
冷却之后,把外面的耐火材料敲掉,一个叶片就做出来了。
说起来简单,做起来全是问题。
蜡模做得不对,角度偏差了。
耐火材料涂得不均匀,叶片表面坑坑洼洼。钢水的温度控制不好,叶片内部有气泡。浇铸的速度不对,叶片有裂纹。
五个人做了上百个叶片,合格的不超过十个。
楚昭宁没有生气,也没有失望。
这就是工程,失败一百次,成功一次,就够了。
“把这些合格的叶片装上,试试看。”她说。
林墨小心翼翼地把叶片装到转轴上,一个挨一个,角度分毫不差。其他四个人在旁边帮忙,递工具、拧螺丝、检查间隙。
装好之后,五个人退后一步,看着那台汽轮机,它静静地躺在架子上,像一头沉睡的巨兽。
“接上蒸汽。”楚昭宁说。
一个匠人打开蒸汽阀门,高压蒸汽冲进汽轮机,叶片开始转动。
一开始很慢,然后越来越快,转轴发出嗡嗡的声音,整个架子都在微微颤抖。
“转起来了,转起来了。”几个人激动得大喊。
楚昭宁看着转动的汽轮机,嘴角弯了一下。
这只是第一步,汽轮机转动了,但能不能带动发电机发电,还要看后面的测试。
但至少,它转了。