第二章 “大发明” 第四十六节 真空的胜利

    //7kankan.com//    姜海涛立刻根据物理课上介绍过的真空式抽水机的结构，设计了一台新的抽水机。(去看看小说网 www.7kankan.com)

    它有一根3米长的竹管，内径10厘米，中间的竹节被打通。然后竹管里插上一根30厘米长的木杆，木杆底端安了一个活塞。活塞上方5厘米处还有一个十字形的木架，保证木杆垂直运动，活塞不会歪斜。木杆顶端连着一个杠杆，一个人可以在杠杆的另一端上下摇动，让木杆，也就是活塞杆和活塞在竹管里上下运动，幅度能有20厘米。

    活塞是这个抽水机的核心部件，制作要麻烦一点。它由两片圆木板夹着一片圆形皮革组成。皮革直径11厘米，它上面的圆木板直径5厘米，下面的圆木板直径8厘米。这样当活塞在竹筒里往下运动时，皮革的四周可以向上弯曲一点，变成碗形，下面的水或空气就能涌到活塞上面；活塞向上运动时，皮革四周会紧贴竹管内壁，形成密封，把上部的水或空气提升。这样不断往复，就可以让下面的水或空气从竹管顶部流出。因此活塞中的皮革既要能弯曲，又要有一定的强度。为了让它到姜海涛所要求的这种变形性能，工匠们费了一点时间。

    竹管、活塞杆、杠杆，这些部件加工起来就比较容易，大半天就搞定了。挑选竹管时，要找一段内壁很圆很光滑的，但这里竹材很多，挑选余地很大。为了打通竹节并让其尽量平滑，姜海涛让工匠专门制作了一个直径10厘米的筒形青铜凿，插到竹管里来回推动，打磨其内壁。

    于是到螺旋桨失败后的第二天，这台新的抽水机就完工了。工匠们虽然严格按照姜海涛的要求制造这台抽水机，但他们中的绝大多数人都无法理解竹管里的水怎么会自己升上来。于是“大气压”的概念被姜海涛向他们再次灌输了一遍，还有“真空”这个新名词。

    带着满脑子的疑问或糊涂，工匠们把竹管的下端**了水中，开始第一次试验。去看看小说网 w-W-w.7-K-aNKan.c-o-m。

    为了保险，姜海涛没有让他们把竹管垂直插下，而是斜着入水，这样能降低需要提升的高度。出水口现在距离水面只有1米，不过露在水面的竹管有2米长，因此抽水机很斜。按照记忆中的大气压，真空抽水机应该能把水提升10米高。姜海涛经过计算知道，在这10厘米的竹管内要把水提升1米，就相当于把里面的大气压降低1米水柱，直径10厘米的圆面上压力为7.854公斤。这也是一段长1米、直径10厘米的水柱的重量。再考虑到活塞和竹管间的摩擦，活塞杆上大概需要10公斤的提升力，通过杠杆传到人手上后大概得2公斤。如果增加1米的提升高度，活塞杆上的力至少得15.7公斤，可能要接近20来公斤，也还不算大。就算把水提升10米，活塞杆上应该为100来公斤，传到杠杆另一端后只有20公斤，看起来似乎也不大。但真能把水抽那么高吗？姜海涛觉得应该不会，因为他造的这个竹筒里只是一个简单的皮活塞，开启、密封、摩擦等情况肯定都不算很好，也就肯定会影响性能。

    这台竹管真空抽水机放置好以后，姜海涛再次检查了一下活塞、杠杆等活动部件，然后亲自动手扳动杠杆。虽然抽水机很斜，但不影响他用力。往回一拉，他可以感觉到活塞向竹管下方挤去，阻力不大。然后往前下方一推，活塞被往上拉动，阻力明显增大了，双手还感觉到微微的抖动，大概是活塞上的皮革和竹管的摩擦引起的。推到头以后，他再次回拉、前推。如此反复了六七次，姜海涛感觉到推杠杆，也就是把活塞往上提时，越来越费力。又推了七八次，阻力更大了，但水还没有出来。姜海涛感到有点奇怪。

    按照设计，这杠杆上下一次，活塞会上下移动20厘米。这么算下来，让水从下面走到出口，2米的距离，应该10下就够了。去看看小说网 w-W-w.7-K-aNKan.c-o-m。这时井在一旁问：“公子，这活塞是不是还不够紧，有点漏气啊？”姜海涛一听，突然明白自己犯了个错误：向下压活塞时，速度要尽量快，否则怎么让活塞与水面之间的空气挤上来？而且活塞往下移动时，水柱必然也会由于自重而下落一点，所以每次提升的高度肯定要比20厘米小。

    想到这，他立刻加快了频率，特别是压活塞时的速度。果然，这样再推拉**次，水开始从竹管上方涌出来。

    井带头欢呼起来。姜海涛立刻让人拿来一个木桶接水，准备计算流量，随后把杠杆交给了一名负责试验的工匠。结果很快就出来了：水的流量有11.5公斤/分钟。随后他们询问了工匠的自我感觉，得到一个压杠杆的力，大概10公斤左右。用水的势能除以工匠作得功，效率很快就出来了，38.3%。这个结果让姜海涛非常高兴和惊讶！它居然比螺旋桨有效多了。

    随后又进行了几次试验，这台真空抽水机的效率都在30%～39%之间。而且抽水的几名工匠说他们还没有尽到全力。姜海涛又命人把竹管竖起来，提水高度增加到2米。这一下，效率开始有些降低了，最高只有35%，压动杠杆也更费一点力气。更重要的是，出水前抽气所需要的压动次数、时间都明显变长。不过总体来说，它那2米的提升高度，还有每分钟10多公斤的流量，还是让大家非常佩服。

    姜海涛一边看着工匠们试验，一边琢磨是不是可以向归豹汇报成果。不过从内心来说，他总感觉这个结果似乎有点不可思议，因为这种抽水机在后世的农村显然属于老式工具。难道仅仅是因为没有电动机、柴油机，螺旋桨水泵就不行？应该不像啊，记得有些小水泵也是用螺旋桨的，那电动机的功率恐怕也就几十瓦，和一名工匠的人力差不多。

    自己琢磨不明白，姜海涛就把轸老头叫过来：“老人家，您看这抽水机怎么样？”“嗯！太神了！这水下面没有东西，怎么就能自己流上来呢？难道公子您说的大气压真有那么厉害？”姜海涛可没时间听好话：“您说说它有什么缺点。”“缺点啊？”轸老头一愣，然后才反应过来：“嗨，你看我，光顾了看稀奇了。”他看着竹管顶部一下一下冒出的水流，想了一会说：“嗯，要说缺点，我看水还是有点少。是不是能把竹管加粗一些，这样流得更快。”“应该可以。他们不是说那杠杆不费力吗。我估计把竹管变粗一倍，20厘米，杠杆那头的力就要增加3倍，大概8公斤。而且提升高度增加，这个力也会增加。”这时豫在一旁插话说：“加快速度也行吧？公子，我看能把磨床上的飞轮、连杆用到这里，带动活塞上下。”姜海涛一想，点了点头：“好主意。不过你们真觉得这东西比用水桶提水更好吗？”

    轸老头看了看豫，然后说：“它的效率好像确实不如水桶。按照公子教的办法，如果水桶重5公斤，一次提20公斤水，效率最高能到80%。”“理论上的。”井在一旁插话说。轸老头瞪了他一眼，然后说：“不过这是在只提1米高的情况下。再高，提水人就得提着水桶上下走，效率会低很多。”井似乎一点都不给他老爹面子：“那可以分级提呀？造一级级水箱，一米甚至半米一个，一人管一级。”轸老头一听，立刻又瞪了他一眼：“就你能！你以为公子不知道吗？”

    姜海涛确实还没想到这问题。这么看来，他这个真空抽水机，似乎还是不如直接提水方便？不应该呀？这时一个工匠说：“公子，我看这东西虽然效率不如水桶，但可以用在矿井里。”“嗯？！”姜海涛和几个人都眼前一亮，吓得那名工匠不吱声了。姜海涛虽然已经猜出他的意思，但还是说：“你说你说。有什么想法就只管说，这样才好。”“是，公子。矿井里地方很窄，而这个抽水机只需要伸一根竹管下去，要比水桶小多了。那里也很深，用滑车和水桶提水，上上下下得互相碰，速度也不快。不过……”他犹豫了一下，看姜海涛鼓励地点点头，于是接着说：“不知道这抽水机最高能把水提多高。要是能有三四人那么高，就好了。”

    “好！好主意！”姜海涛高兴地拍了拍他的肩头：“现在看来，它提水2米没什么问题了。我们接着试吧。”姜海涛没敢说真空压力最大可以把水升高10米，因为这竹管里的密封条件肯定不是后世的钢管、钢活塞能比的。

    继续升高竹管，他们原先准备的木架和梯子就不太够了，于是姜海涛让一部份工匠回去制造大型木架和梯子，剩下的工匠试验各种速度、功率下的抽水效果。看着井带人在周围记录数据，姜海涛继续想着效率问题。

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    自己对现代和古代工具的判断看来有点偏差：不是说现代工具就肯定效率高、实用，看来还有很多自己不了解的因素在影响工具的效果。姜海涛原先以为：螺旋桨式抽水机的效果要比真空式抽水机高，真空式又要比翻车这种历史书上的东西高。可现在头两个的实际情况是反的，那后两个相比呢？会不会也是反的？看来自己今后搞跨时代“大发明”的想法得收敛一点。历史上曾经出现过的一些古老工具也有必要尝试一下，不能直接跳过，因为它们可能更适应眼下的基本技术水平。

    正想着，竹管式抽水机又提供出了一个支持这想法的论据：活塞上的皮革因为磨损而变小了，抽水机的效率快速下降，最后变得没用。其实井他们在刚才就发现抽水机的效率明显降低了，只有20%。当时他们还以为是由于杠杆压动频率高、抽水速度快引起的，后来却突然一下不出水了。到竹管口一看，可以明显地看到一些水被活塞带了上来，可还没等活塞把它们提到竹管口，就全部漏下去了。他们赶紧拆下活塞一看，发现皮革已经明显小了一圈。

    这一下，竹管真空式抽水机又多了一个缺点：不太耐用。