第一百四十九章 发电机的研制（一）

从会议室出来，赵荣寿心里颇有一番“春风得意马蹄疾，一日看尽长安花”的感觉。他在旧时空马家沟大学硕士毕业后进入北方大电机研究院工作，几年下来也算是混入科室的中层了，但眼见高层无望便一狠心参加了穿越。穿越之前还敬业的利用自己的权限，偷偷的复制了些研究院的大电机设计资料和图纸，还让学校的师弟们从世界上最大的灌水组织-IEEE下载了几十G的论文。不过，出人头地并非他参加穿越的唯一目的，作为一名狂热的围棋爱好者，他也梦想着哪天回到东亚和明末清初的高手过百龄、周懒予、汪汉年、周东侯、黄龙士比划比划，体验一下古棋的真实水平，顺带着在本实空兼任个棋院院长之类的，所以穿越后便舍去了自己的本名，拿旧时空日本棋豪坂田荣男的封号“本因坊荣寿”做了新名字。

本以为穿越后凭着自己的技能可以干一番大事业，不想却一身武艺而无用武之地，又无其他特长只好长期充当基本劳动力，乃至委员会成立发电机研制小组时也忘了还有这么一位专业对口的首长，好在打探到消息的他连夜上书，这才进入了研制小组——虽然穿越众带来了电机设计程序和图纸，但里面的参数怎么取就不是非专业人士自己能琢磨透的了。

然而，欢喜还没有结束，赵荣寿便被当头泼了一盘冷水-发电机研制组的时间紧，任务重之程度甚至超越旧时空。在旧时空，一个典型的工业城市平均每人需要3kW的功率，现在南华的总人口已过10万，刨去新夷洲的几千人口，要支撑工业的继续发展，发电总功率也要300兆瓦，虽然现在南华工业化程度远不及旧时空工业城市，但即使相差一个数量级，用电需求也在10兆瓦左右，更遑论一五计划结束后的“二五计划”了。

现在南华的装机容量尚不足5兆瓦，电力瓶颈就快要凸显了。另一方面，旧时空的大型发电机所需的材料和条件-硅钢片、H级绝缘、焊接、水内冷、氢内冷有很多，旧时空买成白菜价的钕铁硼永磁体也装了一仓库，而且为了维护高科技必须是不走历史弯路但必须一部部前进”的政治正确，永磁发电机方案也被无情的抛弃了，稍稍值得欣慰的是，穿越前买的大直径机床作为储可是有不少套，现在正躺在仓库里等待重见天日，然而其中并不包括赵荣寿念念不忘的五轴联动数控机床，在旧时空，这台设备是他所在的北方电机厂职工为了加工三峡机组集资买的，虽然超级昂贵，但是加工轮机扇叶的效率提高了10倍不止，可谓是物有所值。

万事开头难。虽然在旧时空，电气工程也是招生最多的院系之一，但多数是偏向电机控制和电力系统的，真正做电机设计的并不多，众首长中有这么两三个比例已经算是超高的了，然而这两三个人之间却也发生了一场不大不小的路线之争：异步发电还是同步发电，火力还是水力。赵荣寿颇废了一番口舌才说服其他人，采用三相隐极同步发电机的方案。感应发电机固然简单坚固，但鼠笼式感应电机转子端环和鼠笼条需要钎焊，戳中了首长院目前没有成型焊接工业的痛处，绕线式结构感应电机相比同步发电机工艺上就没有任何优势了，而且感应电机功率密度低、转差随负载变化，输出频率稳定性差一些、不能自励启动都是实在的问题。同步发电机又有隐极式和凸极式两种，一般而言，汽轮机多用隐极式，水轮机多用凸极式。首长院短时间内只能在南方地区活动，因而水轮机更对首长胃口。但是，电机的重量实际取决于转矩而不是功率，汽轮机转速可以到1500转，水轮机一般只有几十转，因此，在相同功率下，水轮机的转矩要比汽轮机高出几十倍，重量自然也重上几十倍，在旧时空，最大的汽轮机单机功率可以做到百万千瓦，也就是千兆瓦级，而水轮机最大单机也不过70万千瓦。更何况首长们并没有从旧时空带来足够的硅钢片和高等级绝缘材料，现在能用的低碳钢和低等级绝缘材料性能相差甚远，水内冷、氢内冷也完全谈不上，目前临高自己制作发电机，功率密度和旧时空保守估计也要差上五倍以上。旧时空汽轮发电机每千克材料能出的功率尚且不足一千瓦，在当前的临高，如果造水轮机的话，大概要100千克材料才能出1千瓦功率。试想，在1901年，3.7千瓦，1500转汽轮机重量高达155公斤，因此，在当前时空，造水轮机材料的消耗大大超出了众首长的想象。当他把这些冷冰冰的数据一摆，原本支持水力发电的首长也便纷纷改口支持火力发电了。

“总算是可以重操旧业了，幸好没有荒废太久”，赵荣寿一边暗想，一边拿出自己从旧时空搞来的私货-毛子的一套设计计算手册，从前到后细细浏览起来。在电气口的首长里，他更倾向于理论计算派，当然，这并不代表他对法拉第等实践派的首长不以为意，恰恰相反，他对其他首长充满敬意，在旧时空，电机草创之时，正是一批又一批实践派的先贤通过不断的试验一点点揭示性能和参数间的关系，才建立起电机学-由参数推性能和电机设计-由性能推参数两大互逆的体系。只是发电机这么大的功率可以说是差之毫厘，谬以千里，直接上马加工隐患太大。

发电机研制工程启动的第一周，赵荣寿并没有开始设计，只是将带来的计算程序看了一遍又一遍，直到确认自己已经重新明白了每一步的意义。虽然如此，当他开始设计时仍是不禁皱了皱眉。上报给执委会的指标是200千瓦，1500转，重量控制在7吨以内，基本是旧时空20世纪前十年的水平，但以本时空的物资和加工条件，也不是轻易可以达到的。

电机设计首先的一步就是确定电磁热负荷。磁负荷是电机气隙磁密有效值，电负荷是圆周单位长度上的电流，而热负荷则是电负荷与导线中电流密度的乘积。一般而言，电负荷与磁负荷的乘积和电机的转矩与体积的比值成正比，因此，电磁负荷越高，电机体积越小。旧时空大型发电机磁负荷可以达到0.8T，而电负荷可以达到每毫米40A，但这些是建立在高标号的硅钢片和绝缘上的，在本时空自然是现阶段无法复制的。赵荣寿看了一眼钢铁厂首长提供的钢材磁化曲线的数据，饱和磁密只有不到1.2T，摇了摇头，作为经过多年科研训练的工科生，他知道，这以为这磁负荷只能在0.5T以下了，较旧时空下降了至少40%。至于电热负荷，本时空由于没有石油和有机化工，绝缘水平更是低的惊人。高级的合成绝缘不提，即使是耐高温的天然绝缘材料，如石棉，云母，分布地最南也只到四川，主要产地都是**、内蒙古、辽宁一带，以现有条件，大批量的获取十分困难。“内蒙古，等大陆攻略展开，一定向执委会上书尽快占领内蒙古”，他一面忿忿的想，一面绞尽脑汁回忆绝缘发展史，然而一夜无果。第二天一早匆匆赶往大图书馆，最后终于找到了一种可行的方案：漆布。所谓漆布，就是用精细的棉布，浸上天然树脂和填料，天然树脂如石油、蜡、沥青、虫胶、松香等虽然临高找不到，但亚麻油等植物油脂勉强也可以。之前天地会在临高推广种植的蓖麻正好可以派上用场，填料里的石棉、云母不多，但沙子、石英砂海南却是不少，从玻璃厂分一杯羹即可。虽然这个绝缘只能到**，最高温度90度，不过还在现在还在小冰河时期，还能凑合用。按照历史。小冰河要到1650左右才开始逐步结束，15年的时间应该足够发展处有机化工和石油产业了，最不济可以占领旧时空的四川和江苏东海一带开采石棉和白云母，把绝缘提高到B级125度。从大图书馆出来，他长长地送了口气，第一个难点算是解决了。

解决了绝缘的问题，设计算是进入了正轨，他选择了经典的4极48槽跨距为10的定子绕组型式。4极配合1500转速，刚好可以得到50Hz的工频，可以兼容现有的设备。至于60Hz的美国佬频率，这个时空估计不会再出现了。48槽定子，每极下有12槽，绕组跨距为10，刚好构成5/6短距绕组，也是经典的同时削弱5次和7次谐波的配合-本时空暂时没法用电力电子技术改善电流品质，只能从电机设计下功夫削弱谐波含量，这也是采用48槽定子的原因，24槽性能下降略大，36槽消谐波的效果则远不如48槽。