蒸汽机是人类最早发明的原动机,由汽缸内蒸汽推动活塞作往复运动,经连杆曲轴转变为旋转运动。蒸汽机用途广泛,可以推动轮船、火车,也可驱动水泵、机床等。
1769年,瓦特发明弹动式蒸汽机。1807年,美国人富尔顿建造的明轮式蒸汽轮船克勒蒙特号,在哈德逊河首航成功。
中国人自造的蒸汽机及蒸汽轮船,是在19世纪60年代由徐寿、徐建寅父子于金陵军械所完成的。
徐寿(1818-1884年),无锡人,中国近代科学之父,中国科学技术近代化的奠基人。1985年,江南造船厂(前名为江南制造局)为徐寿竖立铜像;2002年,江南造船博物馆又为徐寿建造铜像。1999年,上海格致中学(前名格致书院)为徐寿建造铜像,2005年又为其加塑全身铜像。
19世纪中叶,湘军首领曾国藩在同太平天国交战的过程中,看到刀枪剑戟等中国冷兵器远逊于西方的洋枪洋炮,对西方兵船行驶的快速便捷印象尤深。
1861年9月5日,湘军攻克军事重镇安庆。嗣后,曾国藩抵达安庆,打算制造枪炮和轮船。要造轮船,就要寻觅人才,而江苏无锡一带正是人才荟萃之地,在同年11月27日曾国藩向朝廷举荐的人才中,徐寿、华衡芳等无锡人名列其中。
咸丰十一年十二月十四日(即1862年1月13日),清廷命江苏巡抚薛焕访求徐寿、华衡芳等人咨送曾国藩安庆军营。后徐寿携次子建寅同往安庆湘军大营,参与安庆军械所的创建。
同治元年三月(1862年4月),徐寿、徐建寅和华衡芳等接到试造蒸汽机轮船的任务。同治二年十月,造成一艘木质暗轮(螺旋桨推进)的小轮船,但试航时仅行驶1华里就停顿了。嗣后,徐寿对小火轮的蒸汽设备加以改进。
同治二年十二月二十日,曾国藩在日记中写道:“新造之小火轮船,长约二丈八九尺,因坐至江中行八九里,约计一个时辰可行二十五六里。试造此船,将以此放大续造。”
而后,徐寿、徐建寅、华衡芳等人将安庆小火轮放大续造,“推求动理,测算汽机,衡芳之力为多;造器置机,皆出寿手制”。
1865年4月,金陵军械所建成一艘明轮式推进的蒸汽机轮船“黄鹄”号。船55华尺,载重25吨,航速7节(1节=1海里/小时,即1.8520公里/小时)。这是中国自行设计自行建造的第一艘蒸汽机轮船。
“黄鹄”轮动力采用高压蒸汽机(高压引擎),双联卧式蒸汽往复机,单式汽缸,倾斜装置,汽缸直径1华尺,长2英尺,锅炉为苏格兰式回烟烟管气锅。
美国人戴维·莱特在《19世纪西方科学在中国:徐寿和徐建寅》(载《中国近代科学先驱徐寿父子研究》,清华大学出版社1998年版)中称:
到1865年,徐寿的船造好了……并且采用一种高压蒸汽机。三年内掌握这种技术,不论按何种标准,都是非凡的成就。此事亦说明,徐寿与他的同事们在从事这项实业时,其科学造诣已有多深。
在当时的条件下,没有蒸汽机动力,也没有机械加工设备,用简单工具制作内孔直径1华尺、长度2英尺的汽缸,其难度之大是可想而知的,而连杆曲轴的设计与制作远比偏心轮难度大得多。至于汽缸、活塞、连杆、曲轴的材质选用,又是一大难题。
当时,中国社会还是以手工业作坊生产方式为主,所以高压蒸汽机的制成有着重大的历史意义。这是中国自行设计自行建造的第一台高压蒸汽机,亦是中国第一台工业用高压蒸汽机,是19世纪中国科学技术史上的一件大事。
1868年8月31日的《字林西报》报道了高压引擎及轮船的制成:
同治三年,南京城从太平军手中克复,工厂从安庆迁到南京,并在那里开始建造一艘规模更大的明轮蒸汽机船。……该船排水量为25吨,船长55华尺,高压引擎,单汽缸,倾斜式装置,直径1华尺,长2英尺;主轴14英尺(1英尺=12英寸),直径2.4英寸(1英寸=25.4毫米);锅炉长11英尺,直径2英尺6英寸,锅炉管49根,每根长8英尺,直径2英寸。船舱俱在主轴之后,机器几乎占船体之前半。……都是在既无外国模型又无外援的情况下,由徐寿父子亲自监制的。看看所制造的这种工艺原始、加工粗糙的蒸汽机,足以使人相信他们所讲的是无可置疑的了。
1868年9月5日,《字林西报》又刊登了题为《中国人的机器技能》的报道,介绍了中国首台高压引擎和轮船不假外人协助制造的事实,同时亦为中国人具有开创机器技能的实例。
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