第一百五十章 發電機的研製(二)
作者:小山之土      更新:2021-04-25 15:21      字數:3550
  發電機繞組有散繞繞組、模繞繞組和羅貝爾線棒,趙榮壽無奈的選擇了散繞繞組,雖然散繞耐電壓最低,但其他兩種繞組都需要焊接。模繞繞組是將一個大線圈分成多個小線圈,降低了槽內不同相線圈之間的電壓,而羅貝爾線棒則是用預製成型的矩形線棒,每個線棒匝數和散繞繞組一樣,但隻提供一半的導體。由於還沒有焊接工藝,所以暫時能用散繞繞組了,這樣電機的電壓最高隻能到1000V,對於輸配電顯得有些低,隻能等電機設計完再額外設計變壓器了。

  電機的主要尺寸選擇是電樞直徑420毫米。鐵芯長1400毫米,單單銅和鐵芯消耗便有5噸多,淨重2噸半有餘,如此,加工完的電機會是直徑近一米,長度近2.5米的“龐然大物”了,重量超過5噸,巨大的材料消耗,加工尺度也不得不動用儲備的大尺寸機床,接近本時空加工的極限,這個初步方案在向眾首長匯報時也十分自然的遭受了眾多質詢,不過質詢最終都被電氣口首長合力鎮壓了----對電力的需求迫在眉睫,已經等不及矽鋼和高等級的絕緣材料的出現了(反正我們有足夠的庫存支持到矽鋼等高等級材料的自製)。

  初步方案在電力委員會通過後,接下來的工作便是乏味無比的反複校驗了。定子槽寬、槽高、定子繞組匝數、線徑、槽滿率、勵磁電流、轉子極靴極槽、各處磁密,反反複複的修改參數。在舊時空,這些都可以用電腦設計軟件快速調整,本時空自然可以申請用計算中心,不過現在計算中心是在過於繁忙,趙榮壽還是選擇了手工計算,不過,在眾電氣首長的大力支持下,他還是申請到了一台舊時空常用的液晶電子計算器,計算效率提高了不少,饒是如此,這一過程也花了他整整一個月的時間。

  接著,他又設計了直流發電機。感應發電機轉子是短路繞組,勵磁是在定子側,而同步發電機定子需要直流勵磁,勵磁和無功的調節性遠好於感應發電機,但也導致必須外界勵磁裝置。同步發電機的勵磁係統有三種:直流勵磁機、交流勵磁機、旋轉整流器。本時空還不能生產功率整流二極管,趙榮壽也隻好設計最落後的直流發電機勵磁了。直流發電機的設計又花費了他一個月的時間,還多少引起了負責物資的喬淡客的不滿:這筆追加投資之前並沒有在財務和物資的預算之內,電氣口的首長一門心思放在主發電機上,其他首長對電機又缺乏足夠的了解。

  整套的發電機圖紙有50多張,趙榮壽終於無法再拒絕舊時空科技了-----純粹依靠手工畫圖板,複雜的零件和部件裝配圖一張就足以畫上一兩天,對於大型發電機這並不是危言聳聽,一套圖紙足夠他忙活兩個多月了,即便用上CAD,當然,是盜版的,畫完整套圖紙也花去了一個多月的時間,接下來就該輪到機械加工的人抓狂了。至於他本人,自然是要參與加工製造的,但是機械加工並不是他所擅長的,當年的金工實習小錘子他不過是將將及格而已,還幹出過畫錯線、裝反鋸條、鑽頭下壓過猛拔不出來等一係列讓老師啼笑皆非的事情,於是乎動手能力超強的幾位電氣口其他首長就無辜的被輪流“抓壯丁”了。

  機械口的首長們就更加無人幸免了,由於第一台“自主研製”的發電機意義重大,所有的機械加工都由首長親自負責,沒有歸化民參加。

  定子用衝片疊壓而成,衝片形狀引起了機械口首長的疑問,衝片上除了48各槽外,還有不完全對稱的燕尾槽和孔,而且衝片也有兩種不同的形狀,需要單獨開模具。麵對疑問,電氣口的首長們也隻好耐心的解釋。衝片上的孔是為了穿入螺栓後用螺母將定子鐵芯壓緊防止脹開。定子鐵芯常用的壓緊方式有三種,螺紋、焊接和扣片,本時空焊接被首先排除,而對於較長的鐵芯,臨高目前生產的鋼材強度做扣片強度可能不足,所以最後選擇了用螺栓螺母壓緊的方法。衝片上的燕尾槽是為了和機殼相配合,保證可靠連接,而燕尾槽之所以不完全對稱,是保證疊片時所有衝片都按照同一方向疊片,由於衝片上的毛刺集中在衝壓的一側,疊片時按照同一方向可以減少毛刺的影響。而衝片之所以有兩種形狀,是為了構成電機內部風道,提高散熱效果。為了完成疊片,機械的首長們還製作了鐵質的模具,然後小心翼翼的一片一片的將衝片放下去,所有衝片疊完後用壓力機壓緊,然後穿上螺栓,用螺母固定,這樣就完成了定子鐵芯。

  轉軸和轉子鐵芯則用整塊的鋼材用車床和車外圓後銑床銑出轉子槽。在舊時空,整圓轉子使用高強度的合金鋼製作的,但本時空還沒有冶煉特殊合金鋼的能力,隻能用普通鋼代替了,索性由於轉速不算高,轉子表麵線速度還遠低於許用強度。當然,一切隻是說著簡單罷了,實際上,這個大家夥是水平最高的展首長用大口徑機床一點點的加工出來的,為了保證一次成功,每次進給量不大,用了半個月的時間才加工完成。

  電機的基座和端蓋都是采用先鑄後車的方法加工完成的。在機械加工的同時,另一組人也在緊張忙碌著,他們在蓖麻油中摻入不同量的石英砂浸泡細棉布,反複測試不同配比和浸漬時間的棉布的介電強度,在機械加工完成的同時,也最終確定了棉布絕緣層的處理工藝。之後,所有人一起動手,給定轉子要用的上千米的粗銅線表麵包上浸油的棉布。包好棉布的銅線又在木質的繞線模上一圈一圈纏成繞組。

  所有這些完成後,下一道工序就是最複雜最精細的嵌線了。這一道工序在舊時空都是由最有經驗的工人完成的,在三大電機廠裏都是絕對保密的,甚至趙榮壽自己都沒有親眼見過,其他幾位首長雖然有手工嵌線的經驗,但這麽長的線圈卻也是第一回。

  在記憶裏,小的散繞繞組是工人用釺子和小錘子一點點敲進槽內和整形的,但舊時空電機早已經是真空絕緣浸漬了,是嵌線後整個定子浸泡在絕緣溶液裏,生成的絕緣層十分均勻。穿越時倒確實帶了一台絕緣浸漬機,但型號不夠大,更何況現在也沒有氮氣保護,也沒有石油基溶劑,基本就是個擺設,主要是為了若幹年後仿製的。嵌線難倒了一眾首長,最後還是蘇謙益自告奮勇的嚐試,極其謹慎的一根一根將裹好棉布的銅線依次下進槽內。線圈是多根並繞的,每個又有十幾匝,所以每一個線圈需要放進槽裏的銅線足有60多根。定轉子一共60多個槽,嵌線這一工序又是耗費了一周的時間。索性槽滿率設計不高,舊時空電機槽滿率一般都在70%左右,外國高水平電機甚至可以超過80%,而當下電機設計槽滿率不過60%,也算是一種先見之明。

  最終,經過了大半年的時間,發電機、勵磁機、變壓器全部加工完成,所有部件運到了發電廠房等待最後的裝配。勵磁機選擇是並勵,已經預先通過電保證磁路中有剩磁。整個發電機係統從前到後依次為蒸汽機、勵磁機、發電機。裝配中最難的是使三者軸的中心對齊,俗稱“對心”。舊時空大電機對心是有專門的精密儀器儀表的,不過,有經驗的老師傅隻靠經驗也可以對的很好:在兩側聯軸節上各綁上一根鐵絲,鐵絲前部銷尖,選擇軸,通過鐵絲之間的相對位置的變化就可以確定偏差的大小和方向。不過這種原始的方法對大電機卻是不行,因為人力不足以轉動成噸重的大家夥,所以趙榮壽雖然對舊時空老師傅的手藝充滿了尊敬、羨慕與懷念,還是不得不從庫房申請了水平儀、千分表等一大堆管控使用的儀器儀表。眾位首長又折騰了一整天,從天蒙蒙亮一直幹到發黑,才算是都對好,外圍圍觀執委和首長隻好悻悻而歸了-----他們本來是準備參加剪彩儀式的,現在隻能推遲到明天了。本來電氣口的首長們還打算多推遲幾天,好將係統並網調試一下,不過並網和切除著實複雜,以本時空電力係統的強壯程度,還不能保證100%不出問題。

  第二日一早,在剪彩過後,電氣口的幾人又忙碌開了。同步發電機並網有三個條件:相序一致、頻率一致且激磁電勢和電網電壓大小相等,相位相同。發電機與電網同步的調整過程稱為整步,有自整步法和精確整步法。自整步發在相序一致的情況下將勵磁繞組通過適當的電阻短接;用原動機把發電機拖動到接近同步速在沒有接通勵磁電流的情況下將發電機接入電網;再接通勵磁並調節勵磁強弱,依靠定子磁場和轉子磁場之間的電磁轉矩將轉子拉入同步轉速。自整步法操作簡單,方便快捷;但合閘時有衝擊電流,因而被否決了最後采用的是精確整步法。為此還特意申請了三隻燈泡。將三隻燈泡直接跨接於電網與發電機的對應相之間,通過調節發電機勵磁電流的大小使得電壓相等;電壓調整好後,如果相序一致,燈光應表現為明暗交替,如果燈光不是明暗交替,則說明相序不一致,這時應調整發電機的出線相序或電網的引線相序,嚴格保證相序一致;通過調節發電機的轉速改變的頻率,直到燈光明暗交替十分緩慢時,說明和的頻率已十分接近,這時等待燈光完全變暗的瞬間到來,即可合閘。幾位電氣的首長們雖然知道原理,但畢竟沒有人實際做過,隻能慢慢調整了。耐心的調整了幾個小時後,三隻燈泡一點點暗了下去,最後,終於同時熄滅了。

  幾位電力的人最後決定通過抓鬮的方式決定推閘人選,穿越眾自主研發的第一套發電機組成功投入運行,趙榮壽此時卻在一邊抑鬱:“為什麽換了一個時空,好事還是輪不到我呢?”