剛一走進翁翊皇煉鐵的風車塔內部,李國助的目光就被煉鐵高爐使用的鼓風設備吸引了。
它用的並不是傳統的皮囊風箱,而是雙作用活塞式風箱,
也就是與瓦特蒸汽機的雙向汽缸結構相近的那種風箱。
據李國助所知,這種風箱在古代主要是通過人力驅動的。
雖然水排可以把水車的圓周運動轉化成直線往複運動,
但其使用的似乎主要還是皮囊風箱。
至於雙作用活塞式風箱在唐宋年間發明以後,
似乎一直都是以人力驅動,並沒有與水排相結合的記載。
但這也可能是李國助對古籍的涉獵還不夠廣泛的緣故。
在明末,主要的動力來源就是人力、畜力、水力和風力。
畜力難以精確控製風箱運動的頻率和幅度,以符合鼓風的要求。
風力又不夠穩定,同樣難以精確控製風箱運動的頻率和幅度。
水力倒是比較穩定,也可以借助水排來驅動風箱做有規律的直線往複運動。
但金角灣周圍並沒有河流,隻有一些泉水和小溪,難以提供足夠的水力。
所以要在這裡煉鐵,理論上就隻能用人力鼓風。
可偏偏用風力驅動的風箱此刻就明明白白地擺在李國助的眼前,
而且看起來運動的頻率和幅度都還算穩定。
很明顯,這裡用來轉化風車動力的裝置是借鑒了水排的結構,
一個曲柄連杆機構連接著一個豎直的齒輪和雙作用活塞式風箱的活塞杆,
曲柄連杆機構把齒輪的圓周運動轉化成直線往複運動,驅動風箱鼓風。
至於這個齒輪的動力則是來源於風車的轉動。
荷蘭風車的巨大扇葉在風力作用下旋轉,將風能轉化為風車的機械能,
再通過傳動裝置連接風車塔內的各種設備,從而實現各種不同的用途。
連接磨盤,就能使風車塔成為磨坊。
連接榨油機,就能使風車塔成為油坊。
連接鋸木機,就能使風車塔成為鋸木工坊。
連接紡織機,就能使風車塔成為紡織工坊。
連接抽水裝置,就能使風車塔成為抽水機。
連接起重裝置,就能使風車塔成為起重機。
在17世紀,風車內的傳動裝置一般就是齒輪傳動係統,是由一係列齒輪和轉軸組成的。
風車的轉軸與一係列齒輪和轉軸相連,通過齒輪的齧合,將轉軸的轉動傳遞到其他部件。
風車轉軸的轉動,是豎直的圓周運動,通過齒輪,可以將其轉變為水平的圓周運動。
而風車最常見的兩種用途磨粉和抽水,都可以利用這種水平的圓周運動。
它可以帶動磨盤旋轉,也可以帶動阿基米德螺杆抽水。
後者是17世紀時,荷蘭風車常用的抽水方式之一。
螺杆泵由螺旋狀的螺杆和管道組成。
風車的機械能通過傳動裝置傳遞給螺杆泵,使螺杆旋轉。
當螺杆在管道內旋轉時,會將水從低地沿著螺杆螺紋提升到高地,實現抽水目的。
除此之外,17世紀的荷蘭風車還可以利用槳輪抽水。