第105章 電力，工業發展的發動機
第105章 電力，工業發展的發動機
蒸汽輪機，自從1884年由英國工程師查爾斯·阿爾傑農·帕森斯，發展出來真正實用化的多級反動式蒸汽輪機開始。
到現在1937年，已經發展了五十三年了。
這五十三年中，在蒸汽輪機的技術發展上，可以說是突飛猛進。
從最開始的只有十馬力，發展到現在蘇聯在Pr.23型戰列艦上使用的蒸汽輪機動力裝置，最大達到了225000馬力。
雖然這計劃建造四艘的戰列艦，直到最後戰爭結束，也沒有真正的走下船台。
但是它的動力系統的研製工作，還是給蘇聯提供了太多的技術積累。
蒸汽輪機的基本原理說起來並不複雜。
它的動力源頭和蒸汽機一樣，同樣來自於燒開水的鍋爐。
只不過蒸汽輪機的蒸汽不是推動活塞工作，而是通過它的高壓去吹動葉輪旋轉。
是把蒸汽熱能，通過蒸汽輪機轉換成機械能的一個過程。
一個燒開水的高壓鍋爐，在壓力足夠的時候，通過高壓管道送入蒸汽輪機進氣口。
蒸汽輪機內的定子葉輪，通過它的葉片，把高壓蒸汽分流，每一個定子葉片分出來的高壓蒸汽就是一個小汽條。
這個有著巨大壓力的小汽條被分流出來之後，會吹到定子葉輪後方的轉子葉輪的葉片上。
轉子葉片被高壓氣體吹動，於是轉子葉輪帶動轉子軸轉動，轉子軸通過轉動，就把蒸汽熱能轉化成了用於帶動發電機轉動的機械能。
整個過程原理就是這麼一個東西。
至於為什麼有的蒸汽輪機帶起來的動能大，有的帶起來的動能小。
這就是設計上的問題了。
一個是蒸汽壓力的大小，直接決定了蒸汽輪機的動能轉換。
第二個就是轉子和定子葉輪上的葉片設計。
葉輪組的直徑、葉片的多少、葉片承壓的面積、葉片承壓角度、定/轉子葉輪組的數量。
高壓區葉輪組的組合，中壓區的葉輪組的組合，低壓區的葉輪組合。
這些設計，才是決定一台蒸汽輪機的動能轉化效率高低的主要問題。
轉化效率越高，這台蒸汽輪機的所能傳出來的功率也就越大。
至於蒸汽輪機的高壓區和中低壓區的工作原理也很簡單。
高壓蒸汽進入的第一個葉輪腔室，帶動腔室內的多組轉子葉輪後。
排出來的，降溫已經降低，壓力也減小的蒸汽，會通過管道被再次送進鍋爐進行加熱。
在進行二次加熱的蒸汽會被送入中壓葉輪腔室。
而從中壓區出來的蒸汽就不會再被送進鍋爐了，而是直接進入低壓區。
在低壓區做功完成的蒸汽，會在冷凝器中冷凝成熱水後，被送進鍋爐里再次被燒成水蒸氣。
如此往復循環，就可以讓蒸汽輪機成為一個動力源。
在這台一千二百噸的鍛壓機沒有成型之前，電氣實驗室和動力實驗室的同學們，已經開始對蒸汽輪機發電機組進行了基礎研究，和超小型蒸汽輪機的驗證實驗。
在陳常在給出的高壓鍋爐和蒸汽輪機圖紙，以及特科的同志們收集過來的，國內外關於鍋爐和蒸汽輪機的技術資料的幫助下。
早在幾個月前，就搞出來了一個超小型的，只有五十千瓦的蒸汽輪機發電機組。
這個發電機組，完全就是進行初步理論實踐的試驗品，它的作用就是對蒸汽輪機發電機組後期製造的一次摸索。
而在一個月前，第二台一百千瓦的蒸汽輪機發電機組也開始了發電。
這同樣是為了在小型機組進行同比例放大後，所可能遇到的一些問題進行論證和解決。
因為蒸汽輪機發電機組的同比例放大，並不是簡單的個頭變大了那麼簡單。
這裡面還涉及了材料變化、葉片和軸承的材質選擇、密封材料的選擇、溫度控制、壓力、轉速、穩定性、電流、電壓等等方面的計算和控制方法的改變。
至於為什麼只是做到了一百千瓦就不再往大做了，那是因為在沒有一千二百噸級鍛壓機的時候。
五百噸的鍛壓機鍛造出來的主軸，最大只能適應在一百千瓦的發電機組身上。
如果再放大，那麼不管是蒸汽輪機還是發電機，它們的主軸都承受不住那麼大的扭矩。
不過現在一千二百噸鍛壓機正式成功運行了。
陳常在就可以用這台鍛壓機鍛壓出來，理論上可以用在六兆瓦蒸汽輪機發電機組上的兩個主軸。
一兆瓦=一千千瓦=一百萬瓦。
也就是說一兆瓦的蒸汽輪機發電機組所能發出來的電能，等於十台現在由柴油機帶動的一百千瓦發電機組所發出來的電能。
在同樣的發電量下，這裡面的能源消耗是完全無法相比的。
在同樣的電量下，蒸汽輪機消耗的能量，是柴油發電機組的百分之五十六到七十一。
但是蒸汽輪機使用的燃料是煤炭，而柴油發電機組使用的是柴油。
這兩樣燃料在陝北的價值是完全不一樣的。
陝北的煤炭可是比石油多到不知道哪裡去了。
而陳常在剛開始，也不準備把這第一個應用實驗型蒸汽輪機發電機組搞得太大。
他還是認為，在這上面還是一步一步的來，穩妥一些更好。
就像是鍛壓機，他也沒有一步就上到五千噸鍛壓機，而是從一百五十噸到五百噸再到一千二百噸，一步一步的積累技術經驗，穩步走起來的。
「老師，咱們這第一台真正的蒸汽輪機發電機組，真的只是搞一兆瓦的機組？
是不是太小了點？」陳常在的學生們問道。
陳常在說道：「這已經不小了，這已經是你們搞出來的那個一百千瓦發電機組的十倍了。
要知道在技術發展上，不是跨度越大越好，每一個量級的變化，都有著我們無法預見的問題出現。
理論有時也只是理論，在實際運用時，理論也會出現偏差。
我們在理論計算的時候認為完全沒有問題的數據，在真的運用在一兆瓦蒸汽輪機上時，也可能會出現不準確的情況。
還有我們在一百千瓦發電機組上可以正常運用的材料和數據，等到了兆瓦級機組上的時候，它也可能就無法承受那麼高的壓力和扭矩。
所以我們只能一步一步的來，從小到大慢慢走，打牢我們的基礎，積累出來更多的經驗教訓。
才能真正走的更遠。
如果現在就邁大步子，是容易摔跟頭的。」
對於陳常在的話，學生們還是會聽的，這些年來，陳常在在對他們技術的指導方向上，從來都沒有出現過什麼錯誤。
有時候陳常在會很大膽，但是有的時候，又是極其小心謹慎。
就像是對於這台一兆瓦蒸汽輪機和發電機的主軸鍛造工作，從一開始鍛造到最後進行精加工，他都是從頭跟到尾的。
因為想要帶動一兆瓦的發電機，這兩根主軸需要承受1360馬力的功率，六千三百多牛米的扭矩。
而在使用中，還必須要留出來至少百分之十以上的冗餘。
不過陳常在還是相信，這次對於這個一兆瓦蒸汽輪機發電機組的試製工作，是完全可以成功的。
因為這個小傢伙確實是不大。
在後世十兆瓦以下的蒸汽輪機發電機組，都是屬於超小型火電站的範疇。
而一兆瓦的蒸汽輪機發電機組，更是超小型中的超小型了。
但即便是這么小的發電機組，也是未來國內電力發展最堅實的基礎。
想要未來的工業真正能夠發展起來，火力發電是重中之重。
即便是在後世，火力發電站，也是電力供應當中絕對不可或缺的電力供應來源。
柴油發電機組，因為它的動力特性，所以只能是作為備用電源存在，是無法做到大面積普及的。
電能，是工業發展中真正的發動機，沒有電能，就無法發展出來真正的大工業。
蒸汽機和內燃機，最多就是這台電力發動機的啟動鑰匙。
所以後世工業的發展，是和當地的發電量息息相關的。
而當工業真正發展起來的時候，一座真正大型工廠所需要的電能，都相當於一座中小型城市的用電量了。
在看著最後這台蒸汽輪機和一兆瓦發電機的主軸，全都加工完成後。
他又和張師傅以及劉師傅共同檢查了這兩根軸，都認為這兩根軸的鍛造是成功的。
完全能夠達到現在這台發電機組的使用要求。
而精密模具廠那裡已經拿出來了蒸汽輪機葉輪和葉片的壓制模具。
這套模具，是為在一千兩百噸自由鍛壓機下，對葉輪盤和葉片進行鍛造工作準備的。
當陳常在檢查過第一個葉輪輪盤和葉片的鍛造成品之後，他知道這台蒸汽輪機沒有問題了。
以鉻鎳合金鋼製成的主軸和葉片，完全可以滿足蒸汽輪機高溫高衝擊的工況要求。
這也是那位喬治.史密斯先生，通過他的渠道給陝北這邊弄來了大量的鉻、鎳礦粉。
否則陳常在，在面對需要大量合金鋼的蒸汽輪機時，也只能是巧婦難為無米之炊。
在確定了蒸汽輪機這邊暫時沒有問題之後，他就把這一攤子交給他的學生們。
而他就再次回到了航空實驗室那邊。
現在航空實驗室，陳常在的學生們，除了還在不斷的改進那台V8發動機和殲教一型戰鬥教練機之外。
還有兩個項目在同時進行著。
一個是發動機項目。
而發動機項目除了V12液冷發動機之外，還對星型風冷航空發動機進行了立項開發。
畢竟現在有了直列發動機和V8型發動機研發製造的基礎，也就有了可以對下一代的發動機進行攻關的基本條件。
星型發動機，在整體上來看是比液冷V型發動機更加簡單的。
因為它捨棄了複雜的水冷系統，完全靠風冷來進行散熱工作。
但是也就是因為這樣，這種發動機，在單排5—7缸的時候，它的功率並沒有太大的發展空間。
而當做到單排九缸星型發動機時。
它的設計和加工工藝難度，就上升到另外一個量級，這時它的製造難度就比V
型液冷發動機還要高了。
而為了提升星型發動機的功率，在單排九缸已經成為極限的情況下，就只能採用雙排發動機。
而風冷雙排星型發動機的製造難度就更加複雜了。
尤其是它散熱系統的加工設計是非常困難的。
這也就是陳常在為什麼沒有在一開始，就採用星型風冷發動機，而是直接上手液冷V型發動機的原因。
主要還是被加工能力給限制住了，對於大功率星型發動機的開發工作。
再有就是，在發動機的功率空間上限上，V型液冷發動機的上限更高，覆蓋面更廣，未來發展的空間也更大。
在整個二戰時期，大量使用星型風冷航空發動機的國家，是美國和小鬼子。
而大量使用V型液冷發動機的國家是英國和德國。
在飛機使用發動機的選擇上還要考慮一個很現實的問題。
那就是迎風面積。
星型風冷發動機雖然因為取消了液冷系統，但是星型發動機的迎風面積也是最大的。
星型風冷發動機的缸徑越大，活塞行程越長，它的迎風面積也就越大，風阻也就越大。
這一點，在戰鬥機的設計上也是必須要慎重考慮的。
如果星型風冷發動機的功率，無法有效包含風阻帶來的功率損耗，那麼這款發動機就是不適合的。
所以在開發發動機的基礎工作上，陳常在更傾向於V型液冷發動機。
但是這也不代表著，陳常在會放棄星型風冷發動機，因為事物的發展是動態的，沒有什麼東西能夠包打天下。
每一款發動機都會在它的某一個區間，有著最優秀的表現。
而除了發動機之外。
陳常在還帶著他的團隊，設計一款真正的單翼超輕型戰鬥機。
這款戰鬥機，將會裝上現在殲教一型戰鬥教練機裝備的發動機。
通過它相對有限的功率，讓這款戰鬥機，能夠在空中具有相對更加優秀的格鬥能力。
這款戰鬥機，將會是在他設想中的，以P51野馬為發展構架的，那款真正的戰鬥機出現之前。
作為守衛陝北領空的支柱型飛機。
而這款飛機，陳常在準備以後世蘇聯在1942年設計的拉五戰鬥機為藍本，採用它的優點設計出來一款新飛機。
蒸汽輪機，自從1884年由英國工程師查爾斯·阿爾傑農·帕森斯，發展出來真正實用化的多級反動式蒸汽輪機開始。
到現在1937年，已經發展了五十三年了。
這五十三年中，在蒸汽輪機的技術發展上，可以說是突飛猛進。
從最開始的只有十馬力，發展到現在蘇聯在Pr.23型戰列艦上使用的蒸汽輪機動力裝置，最大達到了225000馬力。
雖然這計劃建造四艘的戰列艦，直到最後戰爭結束，也沒有真正的走下船台。
但是它的動力系統的研製工作，還是給蘇聯提供了太多的技術積累。
蒸汽輪機的基本原理說起來並不複雜。
它的動力源頭和蒸汽機一樣，同樣來自於燒開水的鍋爐。
只不過蒸汽輪機的蒸汽不是推動活塞工作，而是通過它的高壓去吹動葉輪旋轉。
是把蒸汽熱能，通過蒸汽輪機轉換成機械能的一個過程。
一個燒開水的高壓鍋爐，在壓力足夠的時候，通過高壓管道送入蒸汽輪機進氣口。
蒸汽輪機內的定子葉輪，通過它的葉片，把高壓蒸汽分流，每一個定子葉片分出來的高壓蒸汽就是一個小汽條。
這個有著巨大壓力的小汽條被分流出來之後，會吹到定子葉輪後方的轉子葉輪的葉片上。
轉子葉片被高壓氣體吹動，於是轉子葉輪帶動轉子軸轉動，轉子軸通過轉動，就把蒸汽熱能轉化成了用於帶動發電機轉動的機械能。
整個過程原理就是這麼一個東西。
至於為什麼有的蒸汽輪機帶起來的動能大，有的帶起來的動能小。
這就是設計上的問題了。
一個是蒸汽壓力的大小，直接決定了蒸汽輪機的動能轉換。
第二個就是轉子和定子葉輪上的葉片設計。
葉輪組的直徑、葉片的多少、葉片承壓的面積、葉片承壓角度、定/轉子葉輪組的數量。
高壓區葉輪組的組合，中壓區的葉輪組的組合，低壓區的葉輪組合。
這些設計，才是決定一台蒸汽輪機的動能轉化效率高低的主要問題。
轉化效率越高，這台蒸汽輪機的所能傳出來的功率也就越大。
至於蒸汽輪機的高壓區和中低壓區的工作原理也很簡單。
高壓蒸汽進入的第一個葉輪腔室，帶動腔室內的多組轉子葉輪後。
排出來的，降溫已經降低，壓力也減小的蒸汽，會通過管道被再次送進鍋爐進行加熱。
在進行二次加熱的蒸汽會被送入中壓葉輪腔室。
而從中壓區出來的蒸汽就不會再被送進鍋爐了，而是直接進入低壓區。
在低壓區做功完成的蒸汽，會在冷凝器中冷凝成熱水後，被送進鍋爐里再次被燒成水蒸氣。
如此往復循環，就可以讓蒸汽輪機成為一個動力源。
在這台一千二百噸的鍛壓機沒有成型之前，電氣實驗室和動力實驗室的同學們，已經開始對蒸汽輪機發電機組進行了基礎研究，和超小型蒸汽輪機的驗證實驗。
在陳常在給出的高壓鍋爐和蒸汽輪機圖紙，以及特科的同志們收集過來的，國內外關於鍋爐和蒸汽輪機的技術資料的幫助下。
早在幾個月前，就搞出來了一個超小型的，只有五十千瓦的蒸汽輪機發電機組。
這個發電機組，完全就是進行初步理論實踐的試驗品，它的作用就是對蒸汽輪機發電機組後期製造的一次摸索。
而在一個月前，第二台一百千瓦的蒸汽輪機發電機組也開始了發電。
這同樣是為了在小型機組進行同比例放大後，所可能遇到的一些問題進行論證和解決。
因為蒸汽輪機發電機組的同比例放大，並不是簡單的個頭變大了那麼簡單。
這裡面還涉及了材料變化、葉片和軸承的材質選擇、密封材料的選擇、溫度控制、壓力、轉速、穩定性、電流、電壓等等方面的計算和控制方法的改變。
至於為什麼只是做到了一百千瓦就不再往大做了，那是因為在沒有一千二百噸級鍛壓機的時候。
五百噸的鍛壓機鍛造出來的主軸，最大只能適應在一百千瓦的發電機組身上。
如果再放大，那麼不管是蒸汽輪機還是發電機，它們的主軸都承受不住那麼大的扭矩。
不過現在一千二百噸鍛壓機正式成功運行了。
陳常在就可以用這台鍛壓機鍛壓出來，理論上可以用在六兆瓦蒸汽輪機發電機組上的兩個主軸。
一兆瓦=一千千瓦=一百萬瓦。
也就是說一兆瓦的蒸汽輪機發電機組所能發出來的電能，等於十台現在由柴油機帶動的一百千瓦發電機組所發出來的電能。
在同樣的發電量下，這裡面的能源消耗是完全無法相比的。
在同樣的電量下，蒸汽輪機消耗的能量，是柴油發電機組的百分之五十六到七十一。
但是蒸汽輪機使用的燃料是煤炭，而柴油發電機組使用的是柴油。
這兩樣燃料在陝北的價值是完全不一樣的。
陝北的煤炭可是比石油多到不知道哪裡去了。
而陳常在剛開始，也不準備把這第一個應用實驗型蒸汽輪機發電機組搞得太大。
他還是認為，在這上面還是一步一步的來，穩妥一些更好。
就像是鍛壓機，他也沒有一步就上到五千噸鍛壓機，而是從一百五十噸到五百噸再到一千二百噸，一步一步的積累技術經驗，穩步走起來的。
「老師，咱們這第一台真正的蒸汽輪機發電機組，真的只是搞一兆瓦的機組？
是不是太小了點？」陳常在的學生們問道。
陳常在說道：「這已經不小了，這已經是你們搞出來的那個一百千瓦發電機組的十倍了。
要知道在技術發展上，不是跨度越大越好，每一個量級的變化，都有著我們無法預見的問題出現。
理論有時也只是理論，在實際運用時，理論也會出現偏差。
我們在理論計算的時候認為完全沒有問題的數據，在真的運用在一兆瓦蒸汽輪機上時，也可能會出現不準確的情況。
還有我們在一百千瓦發電機組上可以正常運用的材料和數據，等到了兆瓦級機組上的時候，它也可能就無法承受那麼高的壓力和扭矩。
所以我們只能一步一步的來，從小到大慢慢走，打牢我們的基礎，積累出來更多的經驗教訓。
才能真正走的更遠。
如果現在就邁大步子，是容易摔跟頭的。」
對於陳常在的話，學生們還是會聽的，這些年來，陳常在在對他們技術的指導方向上，從來都沒有出現過什麼錯誤。
有時候陳常在會很大膽，但是有的時候，又是極其小心謹慎。
就像是對於這台一兆瓦蒸汽輪機和發電機的主軸鍛造工作，從一開始鍛造到最後進行精加工，他都是從頭跟到尾的。
因為想要帶動一兆瓦的發電機，這兩根主軸需要承受1360馬力的功率，六千三百多牛米的扭矩。
而在使用中，還必須要留出來至少百分之十以上的冗餘。
不過陳常在還是相信，這次對於這個一兆瓦蒸汽輪機發電機組的試製工作，是完全可以成功的。
因為這個小傢伙確實是不大。
在後世十兆瓦以下的蒸汽輪機發電機組，都是屬於超小型火電站的範疇。
而一兆瓦的蒸汽輪機發電機組，更是超小型中的超小型了。
但即便是這么小的發電機組，也是未來國內電力發展最堅實的基礎。
想要未來的工業真正能夠發展起來，火力發電是重中之重。
即便是在後世，火力發電站，也是電力供應當中絕對不可或缺的電力供應來源。
柴油發電機組，因為它的動力特性，所以只能是作為備用電源存在，是無法做到大面積普及的。
電能，是工業發展中真正的發動機，沒有電能，就無法發展出來真正的大工業。
蒸汽機和內燃機，最多就是這台電力發動機的啟動鑰匙。
所以後世工業的發展，是和當地的發電量息息相關的。
而當工業真正發展起來的時候，一座真正大型工廠所需要的電能，都相當於一座中小型城市的用電量了。
在看著最後這台蒸汽輪機和一兆瓦發電機的主軸，全都加工完成後。
他又和張師傅以及劉師傅共同檢查了這兩根軸，都認為這兩根軸的鍛造是成功的。
完全能夠達到現在這台發電機組的使用要求。
而精密模具廠那裡已經拿出來了蒸汽輪機葉輪和葉片的壓制模具。
這套模具，是為在一千兩百噸自由鍛壓機下，對葉輪盤和葉片進行鍛造工作準備的。
當陳常在檢查過第一個葉輪輪盤和葉片的鍛造成品之後，他知道這台蒸汽輪機沒有問題了。
以鉻鎳合金鋼製成的主軸和葉片，完全可以滿足蒸汽輪機高溫高衝擊的工況要求。
這也是那位喬治.史密斯先生，通過他的渠道給陝北這邊弄來了大量的鉻、鎳礦粉。
否則陳常在，在面對需要大量合金鋼的蒸汽輪機時，也只能是巧婦難為無米之炊。
在確定了蒸汽輪機這邊暫時沒有問題之後，他就把這一攤子交給他的學生們。
而他就再次回到了航空實驗室那邊。
現在航空實驗室，陳常在的學生們，除了還在不斷的改進那台V8發動機和殲教一型戰鬥教練機之外。
還有兩個項目在同時進行著。
一個是發動機項目。
而發動機項目除了V12液冷發動機之外，還對星型風冷航空發動機進行了立項開發。
畢竟現在有了直列發動機和V8型發動機研發製造的基礎，也就有了可以對下一代的發動機進行攻關的基本條件。
星型發動機，在整體上來看是比液冷V型發動機更加簡單的。
因為它捨棄了複雜的水冷系統，完全靠風冷來進行散熱工作。
但是也就是因為這樣，這種發動機，在單排5—7缸的時候，它的功率並沒有太大的發展空間。
而當做到單排九缸星型發動機時。
它的設計和加工工藝難度，就上升到另外一個量級，這時它的製造難度就比V
型液冷發動機還要高了。
而為了提升星型發動機的功率，在單排九缸已經成為極限的情況下，就只能採用雙排發動機。
而風冷雙排星型發動機的製造難度就更加複雜了。
尤其是它散熱系統的加工設計是非常困難的。
這也就是陳常在為什麼沒有在一開始，就採用星型風冷發動機，而是直接上手液冷V型發動機的原因。
主要還是被加工能力給限制住了，對於大功率星型發動機的開發工作。
再有就是，在發動機的功率空間上限上，V型液冷發動機的上限更高，覆蓋面更廣，未來發展的空間也更大。
在整個二戰時期，大量使用星型風冷航空發動機的國家，是美國和小鬼子。
而大量使用V型液冷發動機的國家是英國和德國。
在飛機使用發動機的選擇上還要考慮一個很現實的問題。
那就是迎風面積。
星型風冷發動機雖然因為取消了液冷系統，但是星型發動機的迎風面積也是最大的。
星型風冷發動機的缸徑越大，活塞行程越長，它的迎風面積也就越大，風阻也就越大。
這一點，在戰鬥機的設計上也是必須要慎重考慮的。
如果星型風冷發動機的功率，無法有效包含風阻帶來的功率損耗，那麼這款發動機就是不適合的。
所以在開發發動機的基礎工作上，陳常在更傾向於V型液冷發動機。
但是這也不代表著，陳常在會放棄星型風冷發動機，因為事物的發展是動態的，沒有什麼東西能夠包打天下。
每一款發動機都會在它的某一個區間，有著最優秀的表現。
而除了發動機之外。
陳常在還帶著他的團隊，設計一款真正的單翼超輕型戰鬥機。
這款戰鬥機，將會裝上現在殲教一型戰鬥教練機裝備的發動機。
通過它相對有限的功率，讓這款戰鬥機，能夠在空中具有相對更加優秀的格鬥能力。
這款戰鬥機，將會是在他設想中的，以P51野馬為發展構架的，那款真正的戰鬥機出現之前。
作為守衛陝北領空的支柱型飛機。
而這款飛機，陳常在準備以後世蘇聯在1942年設計的拉五戰鬥機為藍本，採用它的優點設計出來一款新飛機。