吕布再度提醒他:“你看看能不能把飞马纺机和水力纺机的优点综合一下,发明出更厉害的纺机。”
    马钧醍醐灌顶,潜心下去,对飞马纺机和水力纺机进行了综合分析,在综合这两种纺机的优点的基础上,研制出了一种被称为波机的纺纱机,以水力为动力,一台能带动近二千个纱锭,使得纺纱机的工效大大提高。
    纺机的不断改进又使织机的设备显得相形见绌,这样又反过来推动了织机的改进,还是在吕布的提点下,马钧等人又发明了水力织布机,新的水力织布机的工效要比原来带有飞梭的人力织布机的工效高四十倍,水力织机的发明,又暂时缓和了织机落后的矛盾。
    就这样,织机和纺机,就像一对相互啮合的齿轮,在相互作用同发展。
    与此同时,吕布对于蒸汽机的渴求越来越强。
    因为吕布为了尽快统一大汉,提高大汉的战备,为了大汉农业的发展,积极地打造各种铁质农具,又为了保护森林资源,积极地引导人们使用煤炭做木材的代替品。
    而拥有庞大煤炭储量的并州正在吕布控制之下,并州也有铁矿,也有河流,吕布便让郑浑等人布置用水轮机鼓风,来高炉炼铁,钢铁冶炼业开始如火如荼地发展起来。
    有了取之不尽的煤炭,焦炭就发明出来了,就有了钢铁工业,便有了机器制造业。便有了棉纺业、毛纺业所需要的铁制机器,也带动了棉纺业、毛纺业的开采。同样对煤矿开采也提出了严峻的要求。
    因为并州大部分煤炭都隐藏于地下,随着煤矿开采规模越来越大,开采越来越向地下深处进军,矿井积水就成为大问题。
    用风车或水轮机或牛马带动水泵进行抽水的动力来源不稳定,吕布想起了英国工业革命时期的蒸汽机之所以能够发明出来,就是需要用蒸汽机推动的水泵来进行抽水的,需求导引发明的典型案例。
    蒸汽机归根结底是一个能够将动能转换为功的热机,蒸汽机就是一个使水沸腾产生高压蒸汽继而推动活塞做功的锅炉。这个锅炉可以使用木头、煤、石油或天然气甚至垃圾作为热源。
    吕布在那一世,在教科书上常常看到这样一个故事:“瓦特小时候曾反复观察烧开的水顶动壶盖的现象,他想:‘壶盖是被水蒸气推动而上下跳动的,既然一壶水能够推动一个壶盖,那么用更多的开水,不就可以产生更多的水蒸气,推动更重的东西了吗?’经过刻苦钻研和不懈的努力。瓦特终于发明了蒸汽机,从而推动了社会的发展。”
    实际上,后世的教科书是在误人子弟,蒸汽机并不是由瓦特首次发明的。在瓦特之前,古希腊数学家亚历山大港的希罗于发明了汽转球,虽然相对于后来的蒸汽机。它只不过是一个玩具而已,却是蒸汽原理的第一次应用。后来,法国物理学家丹尼斯?巴本在观察蒸汽逃离他发明的高压锅蒸煮器的基础上制成了第一台带活塞的蒸汽机。继巴本之后,英国工程师萨弗里又发明了蒸汽泵。蒸汽机的下一步改进则是由英国工程师纽可门完成的。接着,才是瓦特的改良蒸汽机。其实。蒸汽机的发明与应用并不是这样简单,人类伟大的发明。很少只是一个人的天才创造。
    不过,对于现在的吕布来说,若不是他这样一个横空出世的人物,蒸汽机的发明至少要推延到一千四百年后,当然吕布并不是一个什么了不起的天才,他对蒸汽机的印象还停留在中学物理课本上,从这样一个印象变成现实,中间不知要走多少弯路,但吕布知道,只有蒸汽机发明了,大汉才能真正地工业化,才能真正地实现技术革命对政治革新的推动。
    在开始创造蒸汽机时,吕布特别注重安全性,吕布在后世见过两起锅炉爆炸的事故,他知道依照现在的铸造技术,蒸汽机锅炉的铸造质量很差,高温高压的水蒸气很容易就把锅炉搞爆炸。
    所以吕布并没有在一开始就完全按照后世成熟的蒸汽机来做,而是按照世界上第一台实用的蒸汽提水机来做的,这是英国人萨弗里制成的,在公元1698年取得标名为“矿工之友”的英国专利。
    吕布让郑浑等人先铸造出一个蛋形容器,先充满蒸汽,然后关闭进汽阀,在容器外喷淋冷水使容器内蒸汽冷凝而形成真空,打开进水阀,矿井底的水受大气压力作用经进水管吸入容器中;关闭进水阀,重开进汽阀,靠蒸汽压力将容器中的水经排水阀压出。待容器中的水被排空而充满蒸汽时,关闭进汽阀和排水阀,重新喷水使蒸汽冷凝。如此反复循环,用两个蛋形容器交替工作,可连续排水。
    这种蒸汽提水机是依靠真空的吸力汲水,汲水深度不能超过六米,只能保证一时的使用。
    时间过得很快,数米深的煤炭已经开采光了,便要往下开采,为了从几十米深的矿井汲水,须将提水机装在矿井深处,用较高的蒸汽压力才能将水压到地面上,这在此时无疑是困难而又危险的。
    吕布又冥思苦想,后来想出了一个办法,将气缸与凝结缸通过一个阀门分开,改造后的蒸汽机,将蒸汽引入气缸后阀门被关闭,然后冷水被撒入汽缸,蒸汽凝结时造成真空,活塞另一面的空气压力推动活塞,在矿井中联结一根深入竖井的杆来驱动一个泵,蒸汽机活塞的运动通过这根杆传到泵的活塞来将水抽到井外,这是用大气驱动独立的提水泵。
    由于蒸汽进入汽缸时,在刚被水冷却过的汽缸壁上冷凝而损失掉大量热量,这种大气式蒸汽机的热效率很低,而且这种抽水机的单位时间往复次数低,活塞只有一个单向做功冲程,冷凝过程中的液态水经常积累在气缸里,时常停机进行气缸排水,最要命的是冷凝需要的冷却水量巨大,蒸汽机往往建在河边或需要建造冷却蓄水池。
    吕布其实是不想用这些早就淘汰掉的真空蒸汽机,但真空蒸汽机安全性可以,而大汉现在的钢铁质量不过关,制造工艺不行,迫于安全性,只能暂时用着落后的真空蒸汽机。
    等到若干年后,大汉钢铁冶炼质量上去了,气缸的强度、密封性做好了,吕布才准备按照瓦特的做法去做蒸汽机。
    遥想公元1764年,英国一个年轻的仪器修理工詹姆斯?瓦特为格拉斯哥大学修理纽可门蒸汽机模型时,注意到了这一缺点,并于第二年发明了设有与汽缸壁分开的凝汽器的蒸汽机,并取得了英国的专利。
    初期的瓦特蒸汽机仍用平衡杠杆和拉杆机构来驱动提水泵,为了从凝汽器中抽除凝结水和空气,瓦特装设了抽气泵,他还在汽缸外壁加装夹层,用蒸汽加热汽缸壁,以减少冷凝损失。
    瓦特对纽科门蒸汽机进行了改造,变成外冷凝的瓦特蒸汽机,其活塞进行双向做功冲程,做完功的蒸汽自气缸排出,在气缸外进行冷凝,提高了活塞单位时间往复次数,体积也相应减小,整个蒸汽机做到可移动。
    瓦特的创造性工作使蒸汽机迅速地发展,他使原来只能提水的机械,成为了可以普遍应用的蒸汽机,并使蒸汽机的热效率成倍提高,煤耗大大下降,因此瓦特是蒸汽机的改良者。
    自此以后,蒸汽机不仅在采矿业中得到广泛应用,在冶炼、纺织、机器制造等行业中也都获得迅速推广,它使英国的纺织品产量在二十多年内增长了五倍,为市场提供了大量消费商品,加速了资金的积累,并对运输业提出了迫切要求。
    在船舶上采用蒸汽机作为推进动力的实验始于公元1776年,经过不断改进,至1807年,美国的富尔顿制成了第一艘实用的明轮推进的蒸汽机船“克莱蒙”号,此后,蒸汽机在船舶上作为推进动力历百余年之久。
    公元1800年,英国的特里维西克设计了可安装在较大车体上的高压蒸汽机,公元1803年,他把它用来推动在一条环形轨道上开动的机车,找来喜欢新奇玩意儿的人乘坐,向他们收费,这就是机车的雏型。英国的史蒂芬孙将机车不断改进,于公元1829年创造了“火箭”号蒸汽机车,该机车拖带一节载有三十位乘客的车厢,时速达四十六公里,引起了各国的重视,开创了铁路时代。
    吕布在憧憬蒸汽机完全发明出来以后的美好愿景。
    有了蒸汽机船,再在蒸汽机船上装上装有螺旋桨推进器,以后不管去南北美洲还是去欧洲都不再需要一整年了,去倭国、高丽、吕宋的航行时间也极大地缩短了,控制力度增强,将来的世界很难说。
    有了蒸汽火车,铁路时代开启以后,大汉军队的调动能力极大增强,到时候南征北讨都容易多了。
    这个世界必将因为蒸汽机的发展而提前进入一千五百年后的工业时代。