燃汽轮机

能源超限战连载十一缘起能源开发与文明

发布时间:2022/9/20 17:43:33   

(思进注:近日,因俄乌冲突,能源问题几乎每天刷屏,各类分析更是众说纷纭,注意到有些分析是事实的陈述、逻辑自洽;不过,好些判断则可能失之偏颇。恰好在近10年前由我策划,和庞忠甲先生合著的《能源超限战》(年06月01日出版)分析了能源问题的方方面面,特别是结论点出:“人与动物的差别不在于对工具的利用,更在于对能源的利用。一直以来,能源危机之说虚虚实实。石油和矿物燃料告罄有日,而新能源尤其是非常规油气资源的发展,却使得当代能源危机成为一个伪命题”……现在看来毫不过时,那就从07月06日开始,特选摘其中部分内容,和大家分享……)

(接上)年在美国宾夕法尼亚州打出第一口油井以后,石油的大规模生产和使用不仅使得工业革命以更大规模地在全球推广,新的技术、新的发明创造也接踵而来,促成了内燃机、汽车、飞机等发明纷纷临世,改变了世界的生产模式、交通模式和生活方式。

年,德国发明家奥托(NikolausAugustOtto—)制造出第一台以煤气为燃料的四冲程内燃机,成为颇受欢迎的小型动力机。年,德国工程师戴姆勒(GottliebWilhelmDaimler,-)又制成以汽油为燃料的内燃机,可作为交通工具的发动机。接着,德国工程师狄塞尔(RudolfChristianKarlDiesel,-)又于年发明了一种结构更加简单,燃料更加便宜的内燃机──柴油机,效率可高达40%以上,结构紧凑,体积小,重量轻的内燃机,可以应用到许多轻便运输工具中,这就使汽车和飞机的出现成为可能。

汽车的最早发明者可能是德国的戴姆勒,抑或是法国人勒瓦瑟,但是真正将汽车从贵族身份的象征转变为一种广泛使用的交通工具则是美国人福特(HenryFord,-)。年他发明了流水线生产方式,质优价廉的汽车开始能够大量生产,一天就可以生产八百辆。

年,美国人莱特兄弟(WilburWright,-;OrvilleWright,-)发明和试飞了世界上第一架内燃机动力飞机,年伯莱奥驾驶飞机成功飞跃英吉利海峡。

该期间,广泛用于农业领域的拖拉机、播种机、联合收割机,军事领域的坦克、装甲车等先后被发明出来。从而引发了运输机械、农业和军事技术等一系列生产技术的大变革,进一步提高了人类的工作效率。

由于汽车、坦克、装甲车、飞机、拖拉机、轮船等大都采用内燃机,这就导致了世界石油开采和炼油业的飞速发展,世界近代石油工业开始建立,并且逐步取代煤炭成为西方发达国家的主要能源。

第二次世界大战以后,功率更大的喷气式飞机、液体助推剂火箭等被发明出来,原子弹、氢弹的制造成功揭开了人类使用核能的序幕,人类的能源革命从煤炭、石油进展到利用核能,工业革命也从能源革命向原材料革命、化学革命等诸多方面扩展。未来的世界,如果可控核聚变研制成功,势必将再一次引发人类技术的大变革,并且使恒星之间的旅行变成现实。

而蒸汽机的发明无疑是“一切开端的开端”。由此带来的工业革命的大发展,导致了人类社会的巨大变革,人类的力量早已经不是简单利用肌肉力量的时代可以比拟的了。以现代的一般大型轮船而言,其汽轮机的功率可以达到20万马力,如果用人的肌肉力量来推动,差不多需要万个橹手同时用力才行。液体燃料火箭在短时间内的功率可以达到亿马力,它所作的功相当于0亿人在同一时间做功的总和。

从瓦特时代的只有7-马力(1马力为0.千瓦)的蒸汽机,到汽轮机、内燃机、燃气轮机、火箭动力机的不断发明和改进,发动机的功率上升了八个数量级,即一亿倍,其间只用了不到二百年的时间。

更具革命性的还是作为二次能源的电力技术的发展,导致能源使用上开始了又一场大革命。

所有的能源都可以转化为电力,而电力则以最简便的方式输送到工厂,传递到家庭。电力使高楼大厦的建造和使用变得现实,使我们的居室可以冬暖夏凉,使工厂实现更大生产规模、更高效率和自动化,并为现代通信技术提供了基础。

英国科学家法拉第(MichaelFaraday-)年发现电磁感应原理,成为现代发电机、电动机、变压器技术的基础;年德国人西门子制成发电机,年比利时人格拉姆发明电动机;美国大发明家爱迪生(ThomasAlvaEdison,-)年发明电灯使人类告别了黑暗,并在年建成世界上第一座发电厂。

在蒸汽动力应用技术领域,涡轮式的汽轮机(或称蒸汽透平)的发明,是一大飞跃。年瑞典工程师拉瓦尔设计制造出了第一台单级冲动式汽轮机,年英国工程师帕森斯设计制造了第一台单级反动式汽轮机,虽然当时的汽轮机结构非常简单,但是从此开始了汽轮机的工业性应用,对于电力工业的大规模发展,尤有重大贡献。

火力发电是现在电力发展的主力军。火力发电厂简称火电厂,是利用煤、石油、天然气等燃料生产电能的工厂。它的基本生产过程是:燃料在锅炉中燃烧加热水,将燃料的化学能转变成了蒸汽的热能,产生具有很高压力和温度的蒸汽;蒸汽推动汽轮机旋转,将热能转换成机械能;然后汽轮机带动发电机旋转,将机械能转变成电能。由于汽轮机较之往复式蒸汽机的不同特性,可以建成单机功率高达百万千瓦级的高效率火力发电装置,极大地促进了电气化事业的顺利发展。(待续)

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