送走范仲淹後,吳夢抓緊蒸汽機的打造試製,高壓蒸汽機引擎有多種造型,但最主要的是往復活塞和蒸汽輪機,蒸汽輪機現在是不用考慮的,臺灣目前要做的是往復活塞式,往復式蒸汽機又分為雙動式蒸汽機和多脹式蒸汽機。
雙動式蒸汽機:帶壓蒸汽技術被髮明後下一個重要的改進是使用雙動活塞,帶壓蒸汽在一個汽缸壓力降低到普通大氣壓或在其凝結過程中可以推動另一個汽缸。
大多數往復式發動機今天依然使用這個技術,汽缸完全封閉來防止蒸汽逃散,一根滑桿透過一根搖臂軸和曲壁將往復運動轉換為旋轉運動。
另一個曲臂和軸承用來控制閥門,假如兩個雙動活塞同時被使用時,一般它們的曲臂相正好差90度,這樣一個引擎在任何時候都做功。
多脹式蒸汽機是另一種蒸汽機,一般由三個直徑不斷增大的單動汽缸組成。
從鍋爐出來的高壓蒸汽首先推動第一個和最小的一個活塞,當這個活塞開始回退時一部分擴張的蒸氣被驅入第二個汽缸推動它的活塞,這樣繼續使用在第一個汽缸膨脹的蒸汽。第三個汽缸使用在第二個汽缸中膨脹的蒸汽。
這種蒸汽機尤其對海上的輪船非常重要,因為它的蒸汽在做功的過程中不斷減壓後可以重新進入鍋爐加熱。
海上的輪船必須節約用水,海上沒有淡水可加,蒸汽機可能很長時間無法補充水,一直到第二次世界大戰大多數商船都使用這種蒸汽機,後世1905年以前所有的戰艦也使用這種蒸汽機,缺點是它的效率稍低。
另一種往復式蒸汽機是單流蒸汽機,蒸汽機中閥門由凸輪來控制。汽缸容積最小時入汽閥門開啟。然後入汽閥門關閉,蒸汽膨脹。汽缸容積最大時汽缸側面的排氣閥門開啟。這些排氣口與凝結腔相連,它們使汽缸內的壓力降低到大氣壓以下。軸承的慣性使活塞重新向上運動。
吳夢搞的第一臺蒸汽機便是單流蒸汽機,採用飛輪的慣性來渡過連桿的死點。他接下來的事情便是從銅管開始,畢竟銅管熔點低,材質軟,容易開孔。
軋製無縫銅管的軋輥可以用鐵鑄造,軋製銅管時需要在管內附著遊動芯頭,吳夢用用坩堝煉出優質的鋼材,退火先車削加工成遊動芯頭半成品,淬火後精加工然後打磨拋光外圓。
軋輥材質是生鐵,加工流程稍微簡易,先上車床加工成毛坯,然後在外圓上車削圓弧,再用成型砂輪上水力磨床精加工。
臺灣的機加工能力現在有了初步的規模,軋機的打造當然不成問題,可水輪機的動力偏小且很不穩定,吳夢直接拆下車床的電機,用牛皮帶和軋機相接,先軋製出管材再說。
接下來是銅管,首先要把銅材熱軋製成圓棒,然後鑽孔,再將遊動芯頭放於銅管內開始冷軋,經過數道軋製後,吳夢終於得到了兩百多米符合使用要求的銅管。
解決了無縫銅管的問題,跟著來的就是密封的問題,目前臺灣水壓機的密封材料是苧麻,可是在高溫高壓下苧麻是不合適的,以現有的條件最好是火浣布石棉)製作的盤根。
後世的含油石棉盤根是用石棉浸在特殊潤滑劑矽油處理,而且蒸汽機氣缸內的活塞環也得使用鉛粉油浸石棉鋼絲盤根,矽油是不要想了,先用硫化豬油代用,
其實最好的潤滑劑是用鯨魚的油脂硫化,比後世的硫化礦物油好用許多,吳夢唸了句阿彌陀佛,待到蒸汽機大量生產時只能對鯨魚大開殺戒。
吳夢以紅外線溫度儀和水沸點為基準,製作了幾十支水銀溫度計,用於硫化豬油的溫度測量。先將豬油在鍋中加熱到118c,然後加入豬油一成五份量的提純硫磺粉,不停攪拌升溫到160165c,並保溫812小時,繼續攪拌,直到提出試樣滴在玻璃片,不再有粒狀物而呈均勻透明的油層為止,這硫化豬油就成功了。
接下來的石棉紡織、壓制和油浸比較簡單,吳夢放手讓學子們去弄了。