第五十八章：蒸汽之力——改进蒸汽机
初夏的晨光洒在格物院新建的蒸汽工坊上，沈烟站在一座两人高的原型机前，仔细查看着昨夜试运行后的各项数据。这台基于启明号蒸汽机改良而来的新型机器，正静静地吞吐着最后几缕白汽。
娘娘，王明远捧着记录簿快步走来，昨夜连续运转四个时辰，锅炉气压稳定，但热效率还是只有百分之三。
沈烟轻轻颔首，指尖抚过还带着余温的汽缸外壳：比上次试机已经提高了半分。李大锤师父在何处？
李师傅在铸件车间，正在调试新铸造的活塞。王明远答道，按照娘娘的吩咐，这次用了掺铜的生铁，应该能更好地耐受高温高压。
沈烟走到工坊东侧新设的试验台前，这里陈列着数十个不同形状的叶片和传动装置。传动机构的改良进度如何？
回娘娘，齿轮组已经按您设计的斜齿结构重制，噪音确实小了很多。王明远指向旁边一台正在运转的模型，不过传动效率还是不够理想，动力损耗超过四成。
沈烟仔细观察着模型的运转，突然眼睛一亮：明远，你注意到没有？主动轮与从动轮的啮合角度可以再调整三分。
她取过炭笔，在石板上快速勾勒出新的传动方案：如果我们把齿轮的模数减小，增加齿数，或许能减少打滑现象。
这时，李大锤满脸烟尘地跑来：娘娘，新铸造的活塞经过打磨，已经安装好了。只是...
这是什么？沈烟放下炭笔。
活塞与汽缸的间隙，按您的要求控制在毫厘之间，但热胀冷缩时容易卡死。李大锤忧心忡忡地说。
沈烟沉思片刻：这个问题我考虑过。可以在活塞上加装一道石墨环，既能密封，又留有膨胀余地。
她亲自带着工匠们来到材料库，取出一块上等石墨：这是前日广东进贡的石墨，质地柔软，耐高温。明远，你带人把它加工成密封环。
接下来的三天，工坊里日夜不停地忙碌着。沈烟几乎住在了格物院，连用膳时都在研究蒸汽机的图纸。朱慈烺特意派来御厨，确保太子妃的膳食。
娘娘，这日傍晚，王明远兴奋地跑来，石墨环效果显着！活塞运行顺畅多了，而且蒸汽泄漏也减少了！
沈烟立即来到试验台前。改良后的蒸汽机正在平稳运转，活塞在汽缸中往复运动，通过新设计的斜齿轮组，带动飞轮匀速旋转。
测量输出功率。沈烟下令。
工匠们立即忙碌起来。经过半个时辰的测试，结果令人振奋：热效率达到了百分之四，比启明号上使用的蒸汽机提高了整整一个百分点。
还不够。沈烟却摇头，我们要达到百分之十以上，才能满足大规模应用的需求。
她召集所有参与研制的工匠：现在最大的问题在哪里？
李大锤率先发言：锅炉的受热面积不够，产生的蒸汽量有限。
王明远补充道：冷凝器的效率也不理想，大量热能白白浪费。
说到点子上了。沈烟走到锅炉前，我们现在用的还是单火管锅炉，如果改用多火管设计，受热面积可以增加数倍。
她立即绘制了新的锅炉图纸：数十根细小的火管贯穿锅炉，让火焰能够充分加热水流。
可是娘娘，李大锤疑惑道，这么细的火管，铸造起来难度很大啊。
不必铸造。沈烟微笑道，可以用熟铁卷制，再铆接成型。这样既能保证强度，又便于加工。
在沈烟的指导下，工匠们开始了新锅炉的制作。这确实是个艰巨的任务：每根火管都要经过精心卷制，确保尺寸精确；每个铆接点都要反复检查，防止泄漏。
七日后，新锅炉终于完成。当它被安装到蒸汽机上时，所有人都屏住了呼吸。
点火！
炉火熊熊燃烧，透过观察窗可以看到，火焰在数十根火管中奔腾。压力表的指针缓缓上升，很快就超过了旧锅炉的最高值。
压力达到预期！王明远兴奋地报告。
但就在这时，异变突生。一根火管突然破裂，炽热的蒸汽喷涌而出。
快退后！沈烟厉声喝道，同时迅速指挥工匠关闭阀门。
事故没有造成人员伤亡，但新锅炉已经损毁。工坊内一片沉寂，工匠们都垂头丧气。
不必气馁。沈烟反而露出笑容，这次事故告诉我们，火管的壁厚需要增加。而且，我们应该在锅炉上安装安全阀，防止压力过高。
她立即着手改进设计，在关键部位增加了加固结构，并设计了一个巧妙的杠杆式安全阀。
又过了十日，第二台新锅炉制作完成。这次试运行格外谨慎，沈烟亲自在压力表前监视。
一个时辰、两个时辰...蒸汽机平稳运转，压力始终保持在安全范围内。热效率测试结果令人振奋：达到了百分之六！
成功了！工坊内爆发出欢呼声。
但沈烟的目光已经投向下一个目标：现在该解决冷凝器的问题了。
现有的冷凝器采用水冷式，效率低下。沈烟设计了一套新的冷凝系统：用多根细管增加冷却面积，并利用水泵让冷却水循环流动。
娘娘这个设计妙啊！王明远赞叹道，冷却水循环使用，既节省水源，又能保持冷却效果。
在制作新冷凝器的同时，沈烟又开始研究传动系统的进一步改良。她发现，现有的齿轮传动虽然可靠，但效率损失较大。
或许我们可以尝试皮带传动。沈烟提出一个新想法，用牛皮带连接主动轮和从动轮，应该能减少能量损耗。
这个想法起初遭到不少质疑。李大锤直言不讳：娘娘，皮带容易打滑，恐怕不可靠。
所以我们才要试验。沈烟坚持己见，如果能在皮带上刻出齿痕，与齿轮啮合，或许能解决打滑问题。
实验证明沈烟的设想是正确的。齿形皮带传动不仅噪音小，效率也比齿轮传动提高了十分之一。
六月仲夏，整合了所有改良的第三代蒸汽机终于完成。这台机器高达一丈，重约两千斤，但运行起来却异常平稳。
正式测试这天，朱慈烺亲自来到格物院。当看到蒸汽机带动着十多台纺织机同时运转时，他不禁惊叹：这蒸汽之力，果然神奇！
测试数据更令人振奋：热效率达到百分之八，功率相当于二十匹壮马同时劳作，而且可以昼夜不停地运转。
爱妃，朱慈烺激动地说，这蒸汽机若能推广，我大明的生产力将提升数倍！
殿下说得是。沈烟含笑点头，不过现在这台机器造价昂贵，我们要继续改进，降低成本。
她立即着手制定蒸汽机的简化版本，准备先在南京的官营工坊中试用。
在接下来的一个月里，沈烟带领工匠们又完成了多项改进：用铸铁代替部分铜件，简化传动机构，优化锅炉设计...最终，蒸汽机的造价降低了四成，而性能仍然保持在高位。
八月初，第一台实用型蒸汽机在南京织造局安装投产。当蒸汽机带动着上百台织机同时开动时，在场的所有工匠都激动得热泪盈眶。
一天织的布，比以前一个月还多！织造局总管惊叹道。
消息很快传开，各地工坊纷纷请求引进蒸汽机。沈烟却保持着清醒的头脑：现在产量有限，要优先保证军工和民生所需。
她在格物院设立了蒸汽机工匠培训班，专门培养制造和维修蒸汽机的技术工人。同时，她还编写了《蒸汽机使用维护手册》，确保蒸汽机能够安全可靠地运行。
秋高气爽的九月，沈烟站在格物院的高处，望着南京城各处工坊冒出的蒸汽白烟，脸上露出欣慰的笑容。蒸汽之力，正在为这个古老的帝国注入新的活力。
而在她的工作间里，新一代高压蒸汽机的设计图已经铺开。格物院的探索，永远不会停止。