众大工用毛笔在自己的书册上写着笔记,他们觉得手中的毛笔分外碍眼。等沈方等人走了,他们便会去申领材料,然后连夜赶制铅笔。这样到了明天,他们便会使用由自己亲自制造的铅笔,而不必再研墨、洗笔。
沈方见张金庆正好站在他前面不远处,便问道,“张大哥,你制造的风车我们都看过了,你是怎么处理海风大小不一的情况?”
“回禀二公子,”张金庆见沈方专门向他提问,一时有些失神,李老黑掐了他一把,他才回过神来,“二公子讲过钟摆的摆动时间固定,所以就在风车中增加了重力钟摆来调节转速,可以做到机器稳定匀速的旋转。”
“哦,比我想的更加简单,我原以为你是用擒纵叉和发条进行限速。”
“开始我也想过用擒纵叉和发条,可是擒纵叉和发条是为了缓慢释放能量,而风车的能量取之不尽,不需要缓慢释放,只需要将转速想办法稳定下来即可。”
沈方点了点头,“各位大工,刚才我和张大哥所谈的,便是能量的储存与转化问题。事实上,无论用超重的钟摆还是擒纵系统,都没有办法做到能量的储存,只是起到将能量均匀输出的效果。在这里,我要再介绍一个新词语,那就是势能。什么是势能?变形后的发条和弹簧里面储存的便是势能,还有水力车机所使用的河水的流动,河水的流动,通过水力车机,将高处水的势能转化为动能。”
“正如大家所看到的,无论是风力还是水力,都很难均匀地输出能量而白白的浪费,今后你们还要制造发电机,无论是风力、水力还是蒸汽机发电,发出来的电如果没有办法及时使用,也会白白地浪费掉。比如,绝大多数工厂都休息了,但是风力、水力还在产生能量,这些能量便被白白的浪费,而白天,所有工厂启动时,又需要大量的能量,风力、水力产生的能量不够使用,甚至有些地方,没有建风力、水力车机的地方,他们又将如何使用能量?”
沈方提的问题,大工们以前隐隐约约也想过,不过在他们看来,能够从大自然借助这么多力量,已经是巨大的进步,哪里还想过去储存能量以备用。
“如果有办法,可以将多余的能量储存下来,以备需要的时候使用。大家想想有什么办法?”
“用大量的发条储存起来!”张金庆提出一个其它人也想到的解决办法。
沈方等了一会儿,见没有人有新的答案,便公布了答案,“如果我们将动能再转化为势能呢?”
动能再转换为势能!所有的人心中都掠过一丝亮光,大工们好象抓住了什么,但仔细想来,却又无从下手。
“我们可以建一个水库!”沈方公布了他的答案。
“水的高低位差中储存着大量的能量,除了建设水库将河流拦截到高位形成强大的势能之外,无论是水力、火力、风力还是人力,多余的能量,都可以转化为将水流源源不断地引到高处的动能。”
所有的大工脑海中浮想起,他们以前做过无数次的接力式水车,只要水车够多,便可以将处于下游的水,逐级地引到高处。
沈方要实现的可不是原始的水车,“现在需要大家考虑的是如何制造出一台抽水机,这台抽水机,不但可以将水抽高到水库,还可以用在将水抽到水塔之上,以供单元楼使用自来水;同样可以用于沈家各矿场,许多矿场因为透水可无法开采,甚至损失许多矿工兄弟的性命,如果有抽水机,矿井下面的水便可以源源不断地抽出来;当然也可以用来抽取井水,用来饮用和浇地。总之抽水机比水车使用的场景要多的多。”
大工们以前都曾经制造过沈方发明的双向推拉式风箱,只要沈方提出抽水机的概念,他们便可以参考双向推拉式风箱制成抽水机,所不同的是风箱抽取的是风,而抽水机抽取的是水。
“那么水库可以用来做什么?如果是以前,这些水库只会用作调节水流,打开闸门之后,白白地流掉。可是今天,我们已经知道,水库中储存着大量的势能,我们便应该想到,这些势能可以在我们需要的时候转化为动能。”
许多大工异口同声道,“水力车机。”
“水力车机当然是一种势能转化为动能的方式,但是毕竟只能在水库下游使用水力车机,如果这时有了发电机,便可以将势能转化为电能。上次给大家演示过,电能可以通过包漆铜线来传输,如果铜线足够长,便可以在很远的地方使用电能,这时通过电动机,便可以使用高效、稳定的能量。”
“随着水泥的出现,大周许多地方都可以将河流的某一段改成一个水库,通过聚集势能,便可以获得无限的能量,这也是沈家重赏发电机、电动机制作者的原因。”
“当然,水力发电只是发电的一种,风车也可以发电,甚至人力、牲畜都可以发电,而火力发电更是不限地域和环境的发电方式。火力发电的基础,便是蒸汽机。蒸汽机最基本的功能是可以将燃料转化为动能用来驱动各种机器、甚至远洋轮船。”
金樾心中一动,他一下子明白沈方所说快速轮船正是由内部装有蒸汽机的轮船。
“但是,蒸汽机更大的用处,却是把煤炭等燃料的化学能,转换为更清洁、更容易控制的电能。到时候无论是切割钢铁,还是钻枪管,都可以轻易完成。”
沈方虽然身高六尺,比一般匠人高半头,但他今年也只有十五岁。众大工听沈方将这些匪夷所思的奇思妙想娓娓道来,有一种注视着历史长河的感觉,沈方变声期略有些嘶哑的嗓音并没有让大工们感到有一丝违和感。
“二公子,这发电机、电动机、蒸汽机你与我等提起多次,某非已有结构图纸?”顾弘章问道,“若是已有图纸,不防让我等模仿制作,不知能省多少时间。”
“现成的图纸虽没有,但绘制这些机器图纸却也不难。只是这些机器乃是未来昌国之重器,需要各位大工通过钻研吃透原理,并选择合适的工艺,若是按我所绘图纸来制作,表面上看是加快了速度,但实际上可能最后选拔出来的是工艺方面的能工巧匠,而非昌国所急需的具备独立研究发明能力之人。”
“所以,各位匠头、大工,可以打开思路,多做尝试,争取能做出比我想象中还要合适的机器。发电机、电动机、蒸汽机的原理我前些日子给大家演示过,把原型机造出来并不难,我希望在座诸位能注重以下三项指标,其一,大功率,也可以理解为能量越大越好;其二,小尺寸,在保证大能量的基础之上,尽可能地降低机器的尺寸;其三,高能效比,达到相同的效果,所需要的能量越小越好。”
“下面我用一个风力发电机来解释这三个指标。”
沈方在黑板上面画了一个喇叭状竖立的建筑物,然后用曲线收口之后,在平行之外又变成一个小点的喇叭。大喇叭口的下面,沈方画了几个象窗户一样的方框,在下面曲线收口处,沈方又画了三个三瓣转叶。
“先说大功率,张金庆制作的风车大家都见过,我设计的这个风车只要有微风便可以工作,而张大哥做的风车必须有相大的风才可以,如果硬要用数字来描述,张大哥做的风车需要每秒六尺的风速,而我做的这个只需要一半的风速便可以工作。大家注意到这个喇叭口下面有六个朝各个方面开通的风道,这就意味着,无论是哪个方向的风都会起做用。进门口宽大,而到了转叶之处,由于收口至转叶的大小,风速便会放大许多。这个收口设计会增大转叶做功或发电的能力。”
“其次是小尺寸。为了捕获更多的风,张大哥所做的风车,转叶极大;而我做的风车,通过风道的设计,已经可以获得可观的转速,同时设置了三层转叶,可以连接发电机,生产更多的电能。这个设计使得转叶不必很大,而整个风车的高度也可以随心控制,按比例缩放即可得到大小不等的能量。”
“最后是能效比,我设计的这款风力发电机,将达到张大哥那款的两倍到六倍。”
大工们中间,张金庆对风车研究最深,对沈方的讲解也理解最深。“二公子,这个风力发电机,如果不用来发电,直接用来带动各种机器,似乎也可以工作,而且昌国各岛虽然河流不多,但海风各岛均有,稍作改装,昌国所有岛屿便可以使用我们沈氏的各种机器。”
“正是如此。”沈方补充道,“风力发电机可以分散使用,直接做功,但是问题又回到多余能量的储存问题。这些转叶的机械能无法储存,而且也无法叠加。但是电能不同,多台风力发电机所创造的电力汇聚在一起,可以形成巨大的电流,从而带动更大型的电动机,将能量通过水库的势能保存下来。而这个水库可以源源不断地生成稳定的电能,提供给所有的工坊。”
刘四突然想到什么了,兴奋地说道,“二公子,如果发电机、电动机真能研制出来,老四愿意为我昌国建设成百上千的风力发电机,并为各工坊提供源源不断的电能。”
“四叔,还是你有商业头脑。”沈方赞叹道,“象电厂、自来水厂这些公共设施,本来就应该统一规划、统一生产、统一供应,按使用收费。而不必每家工坊单独造一套,既浪费资源,又浪费人力。不过,到时候,谁来经营,现在还定不下来,你是未来的台湾总督,你可以在台湾做此事,台湾能做到的规模可比昌国大多了。”
刘四立即明白过来,不再多言,连带着李老黑也暗自高兴,有了风力这种无限的能源,在吕宋他同样可以创造一个工业重镇。
沈方见所有人都被新式风力发电机所吸引,便赶紧收回来,“各位大工,建造新式风车,王总头派几个施工队便可以轻易完成,但让新式风车进化成为风力发电机,并通过电动机实现随时随地的工作运转,离不开你们的研发。另外便是蒸汽机,大家不要因为了电动机先进就小看蒸汽机,大家想一下,如果蒸汽机放到顾弘章大哥制作的四轮车上,放到金樾大哥造的海船上,那将会有什么变化?如果在大周至各边关之间铺上铁轨,然后通过蒸汽机推动有钢轮的车辆移动。通过铁路运输,钢轮与铁轨之间的摩擦力很小,一次便可以推动长达数十丈的车厢。大家想一下,到时候,无论是我们把产品运往各地,还是把士兵、给养运往边关,该有多方便。”
王寿光惊叹道,“只怕一日便可以将上万石运输上百里。”
“王院长,只要有高能效比、大功率的蒸汽机,一个小时便能行驶至少五十里,一天二十四个小时可以不停行驶,一日一夜上千里不在话下。”
所有人都被这个速度惊呆了。千里马只是传说,大军行进,日行六十里便可以称为急行军,如果能一日一夜上千里,不管什么地方有了情况,朝廷便可组织人员和物资进行应对,朝廷和地方之间便连接的更加紧密。如果再配上昌国的步枪、火炮,凡是铁路到达的地方,便可以牢牢地把握在自己手里。在座的都是聪明人,他们都清楚地看到昌国与大周之间的差距越来越大,大周空有广阔的土地,上亿人口,但在昌国眼里,却象一帮手持棍棒的孩童,只要他们愿意,便可以轻易动员上万手持步枪的新式军队,大周所有的军队加起来,也不可能敌得过新式军队的三段击。
“还有一种能源,大家可能都没有发现。”沈方却不管手下的心思,他继续说道,“那便是潮汐能。昌国海域每日有两次潮起潮落,潮起、潮落之间相差6小时12分30秒。大家应该已经知道,潮汐产生的原因是由于月亮对海水的吸引力。潮汐在初一、十五左右最大,其原因是,在每月初一之时,太阳和月亮在地球的同一个方向;每月十五左右,太阳和月亮在地球的不同方向。太阳和月亮都对海水有巨大的引力,所以形成更大的潮汐。”
“既然潮汐如此规律,如果能沿着海湾,修筑拦水大坝,形成大型水库,涨潮时发电机工作,并抬高水库水位,形成势能;落潮时,发电机一样可以工作,释放势能。”
“风力尚且有竭,但潮汐不可能绝,此能量如为我所用,则能量足矣。”