火轮车、火轮船以蒸汽作动力,蒸汽机和内燃机!一、蒸汽作动力:艾火令鸡子飞、孔明灯、走马灯李约瑟曾提出一个著名论断:蒸汽机=水排+风箱。
从蒸汽机的关键结构看,“风箱”解决了双作式阀门问题,而“水排”则提供了直线运动和圆周运动之间的转换设备。
风箱,《道德经》用它比喻空间「天地之间,其犹橐龠乎?虚而不屈,动而愈出。
」这是说,皮橐内充满空气而不塌缩,用手拉动活动木箱,又将其内空气压出。
空气通过输风管可进入熔炼炉中。
汉代典籍中论及橐龠者甚众。
山东滕县出土汉代冶铁画像石中有橐的画面。
它有三个木环、两块圆板、外敷皮革而成。
拉开皮橐,空气通过进气阀而入橐;压缩皮橐,橐内空气通过排气阀而进入输风管,再入冶炼炉中,这是单橐作业,至迟在战国时期,出现了多橐并联或串联的装置,名为“橐籥”,汉代又称之为“排橐”。
双动活塞式风箱是中国在鼓风技术方面最重要的发明,它出现于唐代或宋代。
公元1280年印制的《演禽斗数三世相书》中,刊载有一幅世界上最古老的双动式活塞风箱图,相传该书是唐初袁天罡所撰,宋代初次刊行。
明代《天工开物》中所载的活塞式风箱,与此类似。
活塞式风箱正逆行程都作有用功,用手拉动活动木箱,每行程中一端排气鼓风,一端同时吸取等量空气,因而能提供连续风流,提高鼓风效率,是鼓风技术上的重大进步。
欧洲直至1716年方发明了类似的双动往复式水泵,为后来的活塞式机械打开了道路。
如此,李约瑟说的蒸汽机需要风箱加水排是不够的,还需要一个很重要的装置加热水以实现水汽蒸腾来作动力。
那么到现在还缺的一样就是加热空气,加热水来是轮转动的装置,古代有没有呢?当然有了,比如加热艾草令蛋壳飞,孔明灯、走马灯这些都是最早的蒸汽机雏形了。
西汉中国人发明了微型热气球。
最早的微型热气球是用蛋壳做成的。
孔明灯古称“飏灯”,因为升扬在空中又称“天灯”;燃料后来多用松脂,也叫“松脂灯”。
早期多用于夜间军事活动传递信息,又是“信号灯”。
在现代,人们则把这种灯视为“许愿灯”,多用其来祈愿。
如果从孔明灯原理上来说,早在秦汉时已可以做出这种孔明灯。
据《太平御览·羽族部十五·鸟卵》引《淮南万毕术》:“艾火令鸡子飞。
”这句话的意思是,将燃烧的艾火放进鸡蛋壳里,可以让鸡蛋壳飞起来。
东汉高诱就此作了进一步解释:“取鸡子,去其汁,燃艾火,内空卵中,疾风因举之,飞。
”“艾火令鸡子飞”是“热气球”原理,这是通过热气对流,达到使鸡子升空的效果。
古代的走马灯是一种供观赏的花灯,其中就有用到热气对流,走马灯中置一轮,上附人马画象饰物等,轮下燃烛,热气上腾,引起空气对流,使轮转动,画象等随之旋转。
“走马灯”是通过加热空气,造成气流,并以气流推动轮轴旋转原理制成的。
追溯起来,在秦汉时已有利用热气流作动力、以涡轮装置带动灯上画面转动的灯了。
当年,汉高祖刘邦打进秦都咸阳,在秦宫中便曾看到一种图案可动的灯。
《西京杂记》记载:“高祖初入咸阳宫,周行府库,金玉珍宝,不可称言。
尤异者,有青玉五枝灯,高七尺五寸,作蟠螭,以口衔灯,灯燃鳞甲皆动,焕炳若列星而盈室焉。
”《燕京岁时记》描写:“走马灯者,剪纸为轮,以烛嘘之,则车驰马骤,困团不休,烛灭则顿止矣。
”王鏊《姑苏志》载曰:“吴镫往时最多。
或悬剪纸人马于傍,以火运动,曰走马灯。
”见上面诗词古文记载,有的直接说明了走马灯以“火”、“烛”为动力使灯轮转动,非常清楚了,这就是近代蒸汽机的雏形了。
走马灯虽是一种玩具式的灯,其原理和近代的燃气轮机是一样的,而燃气轮机是近十几年才研制成功,在欧洲,据说1550年有过一种雏型燃气轮机的记载,但也比中国发明走马灯要迟四百多年。
据说,西方人约翰·巴特于1634年才描述了走马灯,比中国晚了一千七百多年。
那么,最早发明应用燃气轮机的人理应是中国人了。
需要说明的是:走马灯与孔明灯一样,都利用了热气。
二者不同的是:孔明灯是往上升腾,走马灯是在地上旋转。
走马灯利用热对流作用,通过下部热空气上升,带动叶轮旋转。
走马灯的制作原理,则与现代燃气轮机的原理相似,故而也有人认为,可称之为燃汽机(现代喷气式发动机)的始祖。
这就是蒸汽机发明除了风箱+水排,所缺的第三样东西,走马灯。
二、内燃机的发明与蒸汽机有关系,两者的工作原理都需要活塞运动,才能加热冷水变热水。
那么如何让蒸汽机中的冷水变热水呢?明清古籍暂时没有找到明确记载,虽然蒸汽机的发明用到的部件装置中国都有,但是,如何组合起来的,又是如何发展出近现代的蒸汽机这并不清楚,至少说的很不清楚。
图 1833年创刊德国人郭实腊的《东西洋考每月统记传》记载英国用「炊气船」即蒸汽轮船在英国和孟买之间往返送信。
不过,在《西方文明的东方起源》一书中解释了蒸汽机、内燃机的发明来自中国,并且表示是受到了中国人的启发。
“罗伯特·坦普尔认为:欧洲人蒸汽机的配置,全部通过诸如奥古斯丁·拉梅里(Agostino Ramelli)(1588)等人,从中国传播演化而来。
它是用活塞驱动轮子,不是轮子驱动活塞,而中国的驱动器是两者可以单独使用。
正如尼达姆所指出的,用火药驱动活塞的方法在欧洲开始尝试,是基于‘活塞和活塞杆看作连动的炮弹’这一原理。
由于中国人发明了火药和火枪,内燃机和蒸汽机就在一定程度上受到这样的启发,即火枪中的子弹杯精确地安装在枪管里,并能够通过强力弹射——这是中国人对这两类发动机起源的又一个贡献。
[56]”——(约翰·霍布森,《西方文明的东方起源》,孙建党译,山东画报出版社,2009,第187页。
)依照这个说法,找找内燃机发明的资料,看看是怎么说的。
1673年,荷兰人克里斯蒂安·惠更斯就和伙伴帕平制造了一台内燃机,但使用火药爆炸获取动力的内燃机,最终因火药的不稳定性而告终。
1794年,英国人斯特里特提出可以从燃料的燃烧中获取动力;1833年,英国人赖特创造了利用燃料压力推动活塞做功的理论;到了19世纪中期,科学家们纷纷提出了将煤气、汽油和柴油等新兴能源用来做内燃机的燃料,并完善热能转换为机械动力的理论。
终于,1860年,法国人艾蒂安·勒努瓦模仿蒸汽机的结构,设计并制造出了第一台以煤气为燃料的两冲程内燃机。
它的工作原理是先使气体进入气缸,点火燃烧,膨胀后推动活塞运动,之后排出废气。
正是这最简单的工作原理,成为后来各种复杂内燃机工作的不二法门。
这么看来,内燃机的发明的确与蒸汽机有关系,而内燃机的工作原理需要推动活塞运动,确实离不开活塞运动,讲出了内燃机、蒸汽机发明的关键了。
这也是蒸汽机、内燃机可以使得冷水加热为热水的原因了吧!很遗憾的是,尽管那时的中国并不比西方落后,甚至还能影响西方,近现代的工业革命的众多发明身后都有无形的中国影子,但是,却在这段时间里,满清-民国就这么落后于西方了。
清末民初创期旧中国的内燃机工业(1908~1949年)同国外一样,中国内燃机工业也是由煤气机起步的。
1908年(清光绪卅四年,有资料记载是1901年,即清光绪廿七年)广州均和安机器厂仿制成第一台煤气机。
此后,各地陆续出现一些煤气机小型修造厂,其中历史较久的为武汉恒顺机器厂(武汉动力机厂前身),于1924年开始制造煤气机,单缸卧式,功率45马力,转速200转/分,缸径300毫米,行程400毫米。
1925~1926年制造同类型的25马力和80马力煤气机。
1930~1934年又制造单缸、双缸和三缸立式煤气机,每缸35马力,300转/分。
这些煤气机主要用于碾米机和内河船舶动力。
“实际上,火枪和大炮用的单缸内燃机,正如林恩·怀特最初指出的,‘我们所有现代的发动机都是从单缸内燃机发展而来的。
’[57]事实上,瓦特发明蒸汽机时面临一个重大的挑战就是,需要在一个非常精确的密封气缸上钻孔。
有趣的是,他请求约翰·威尔金森予以帮助,之所以有趣,是因为威尔金森拥有一个专门为大炮生产镗孔的工厂。
而关键是,正是中国人发明了火枪和大炮,随后将这两项发明传给了欧洲人(见第3章和第8章)。
……事实上,英国的蒸汽机并非奇迹般地凭空而来。
因而,尽管英国的发明家确实取得了很大成就,但将中国的贡献大打折扣是不负责任的。
”——(约翰·霍布森,《西方文明的东方起源》,孙建党译,山东画报出版社,2009,第187-188页。
)没想到的是,将冷水加热为热水利用蒸汽动力可以发明两种动力机器蒸汽机和内燃机,到这里的时候,逐渐能够理解一些近现代发明的一些东西是如何产生的了,西方编的发明小故事可不是真实的发明由来啊!