片刻之後,徐光啟突然繼續畫起了草圖,
卻是放棄了即將畫完的第四幅,直接去畫第五幅了。
而且這次畫圖的速度比畫第四幅快的多,寥寥幾筆就勾勒出了風箱的內部結構。
李國助拿這幅圖與第四幅圖對比了一下,簡直就是躍進,幾乎看不出推演的過程了。
不過畫完第五幅草圖後,徐光啟盯著它出神了好一陣子,又在旁邊畫起了第六幅草圖。
這次畫的慢了許多,連線條看起來都比之前筆直了不少,畢竟畫草圖是用不著尺規的。
等他畫的七七八八後,李國助發現其明顯是在第五幅草圖的基礎上繼續推演。
不過這幅圖與第五幅圖的差彆並不在汽缸結構,而是在閥門係統之上。
第五幅草圖實際上並非汽缸結構圖,而是風箱結構圖。
而第六幅草圖明顯是雙向汽缸結構圖,其閥門結構比風箱複雜不少。
瓦特蒸汽機的閥門是主動配汽滑閥。
其運動由主機的運動精確驅動和同步,決定了蒸汽機的效率、功率和運行特性,需要承受高溫高壓蒸汽。
風箱閥門是被動單向閥,俗稱瓣閥。
其開閉完全依賴腔室與外界或腔室間的壓差和重力,
結構極其簡單,僅確保空氣單向流動,承受低壓常溫空氣。
不過徐光啟顯然還沒有意識到這一點,他在草圖上畫的依然是瓣閥,
隻是與風箱相比,他畫的瓣閥要複雜一些,明顯是脫胎於廉司南機。
主要是因為蒸汽機用的是金屬材料,不是風箱用幾片小皮革就能充當閥門的。
蒸汽機的閥門通常是金屬板,還要配上彈簧輔助複位。
李國助不知道這樣行不行,畢竟瓦特蒸汽機用的可是主動閥。
不過瓦特蒸汽機也不是一開始就用的主動閥。
瓦特蒸汽機的早期原型機,主要用的還是被動閥。
但這個原型機還是紐科門機那種單作用結構。
畢竟瓦特最初的改進聚焦於分離冷凝器,解決紐科門機汽缸反複冷卻加熱的熱效率損失問題。
在最早的試驗模型和初期單作用設計中,活塞僅向上做功,向下靠重力和氣壓差複位,
瓦特沿用了類似紐科門的被動重力閥,操作仍需人工或簡單杠杆控製。
此時主要矛盾是冷凝效率,尚未實現“膨脹做功”和“雙作用”。
被動閥足以控製“蒸汽進入”和“真空形成”的基本循環。
瓦特在1769年專利中首次描述了蒸汽膨脹原理。
在活塞部分行程後切斷蒸汽供應,利用蒸汽膨脹繼續做功。
這徹底顛覆了閥門需求:
一是精確切斷,必須在活塞行程的特定位置精準關閉進汽閥。
被動閥依賴重力關閉,無法控製關閉時機,響應太慢。
二是同步性,切斷時機需嚴格同步活塞運動,人工操作或簡單機械無法滿足。
為了滿足上述需求,瓦特意識到必須開發一種由機器自身運動驅動,與活塞位置精確聯動的閥門控製係統。
這催生了主動配汽機構的原型,如使用凸輪或杠杆聯動。
而雙作用氣缸的發明,對主動配汽機構起到了推動作用。
雙作用要求蒸汽交替進入活塞兩側腔室,每個行程都需要,
精準控製兩套獨立的進汽排汽閥門,維持兩側閥門動作的嚴格協調與同步。