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第1360章 屋頂上的風車

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柳條巷的停電風波和隨之而來的安全用電宣傳,讓京城市井百姓對“電”這玩意兒多了幾分敬畏,也添了幾分實在的認識。

格物院應急燈的粗糙樣品,雖未立刻量產,卻也在小範圍內引起了一些有心人的注意——比如,那些住在城郊、離主乾電網較遠,或者壓根冇指望能拉上電線的散戶人家。

與此同時,在北疆,顧慎關於擴大電訊和照明網路的期盼,以及黑石山礦場對更穩定動力的渴求,也隨著書信和電報,不斷地傳遞到葉明案頭。

玉泉溪電站強大,但遠水難解近渴;架設長途線路,則耗費巨大,維護艱難。

“大電站供主乾,小裝置補枝節。”一次學院內部的研討會上,徐壽提出了這個思路,“尤其於邊遠、分散之處,建大電站或拉長線皆不經濟。當思量開發易於就地取材、便於維護之小型獨立發電裝置。”

這個想法與葉明不謀而合。他想起了最初試驗成功的簡易水輪發電機和風力發電機模型。水輪需要一定流速和水頭,受地理限製大。

而風力,在邊關大漠、草原、沿海,乃至京城屋頂,卻是無處不在。

“風力發電機!”林致遠眼睛一亮,“我們之前做過試驗模型,但功率太小,不穩定,也難扛大風。若能設計一種更可靠、功率適中、適閤家庭或小團體使用的‘戶用風力發電機’,或許能解決很多分散使用者的用電問題。”

“戶用?多大?”胡師傅問。

“不必像試驗風車那樣追求巨大。”葉明比劃著,“大小以尋常房頂或院落中能立起為準,發電功率能帶動幾盞燈、一個小型收音機(電報機簡化版設想)、或給蓄電池充電即可。結構要簡單,材料易得,最好普通木匠、鐵匠看著圖紙就能仿製組裝。”

目標明確:設計一款“平民化”的小型風力發電機。任務交給了機械科和電力科聯合攻關,以林致遠為首,抽調了幾名精乾學生和工匠。

首要難題是風車的葉輪設計。早期的簡單帆布葉片或平板木片效率低,抗風性差。

他們查閱古籍和西人雜書,借鑒水車和船舶風帆的原理,試驗了多種扭曲角度的曲麵木製葉片,最終確定了一種類似後世螺旋槳、但更粗短的三葉設計,在中等風速下能有較好的啟動力矩和轉速。

傳動和增速機構是關鍵。風車轉速慢,需要通過齒輪組提升,才能驅動發電機達到發電轉速。

他們設計了兩種方案:一種是較為精密的、帶有多級變速齒輪的鐵木結構,效率高但製作要求高;另一種是更簡單的、利用皮帶輪和摩擦傳動的方案,皮實耐造,效率稍低但易於維護,更適合邊地。

發電機本身,則在原有手搖發電機基礎上進行小型化和優化,采用了更小的永磁體和更密集的線圈,力求在較低轉速下也能輸出可用的電壓。

最難的是“調向”和“限速”。風的方向會變,風車必須能隨風轉向。他們試驗了簡單的“尾舵”式調向,在風車後方安裝一個垂直的尾翼,使風車能自動對準風向。

至於大風時的保護,則設計了一個巧妙的機械離心裝置:當轉速超過安全值時,離心力會拉動連桿,使葉片角度改變,減少受風麵積,從而自動限速,防止飛車損毀。

整個夏天,學院的空地上立起了好幾個大小不一的“試驗風車”,吱吱呀呀地轉著。

學生們記錄著不同風速下的轉速、輸出電壓、帶載能力。失敗是常事,一陣突如其來的狂風就把一台試驗機的尾舵吹折了;另一台的皮帶傳動在連續運轉後打滑嚴重……

但進步也在持續。到了秋天,第三版原型機終於達到了設計要求:在平均風速下,能穩定輸出足以點亮兩盞燈並給一組小蓄電池充電的電力;能自動對風;大風時能有限自我保護;主要結構為木製,關鍵軸承和齒輪用鐵,總重控製在一個壯勞力能搬運組裝的程度。

葉明將其命名為“順風牌戶用風力發電機”。名字樸實,透著美好的寓意。

第一批試製的十台“順風機”,被分彆送往幾個不同的環境進行實地測試:三台送往北疆黑石山礦場及附近戍堡;兩台送往京郊山區散居的村落;兩台送往沿海漁村;剩下三台,則安裝在格物技藝學院和工部器作局的屋頂上,作為長期執行的觀察樣本。

北疆黑石山那邊反應最快。王老五和戍堡的趙鐵頭收到機器和安裝圖紙,如獲至寶。北疆風大,尤其冬季,寒風凜冽。

他們選了一處位置較高的戍堡望樓頂部安裝。按照圖紙,兵士和礦工們合力,將木製塔架豎起固定,裝上三葉風輪、尾舵、傳動箱和那個小巧的發電機。

當北疆曠野上永不止息的風吹動葉片,風輪開始緩慢而堅定地旋轉時,圍觀的人們屏住了呼吸。

連線的小燈泡,在傍晚的暮色中,閃爍了幾下,隨即穩定地亮了起來!雖然亮度無法與電站供電相比,但這可是從“看不見的風”裡直接變出來的光!

“神了!真神了!”趙鐵頭咧嘴大笑,“這下晚上哨樓有常亮的燈了!還能給那傳音機的電池補電!”

王老五更務實,已經在琢磨怎麼在礦工居住區也裝幾台,晚上給公共活動房照明,甚至驅動小型水泵抽礦井滲水。

京郊山區那台,安裝在一戶獨居的老獵戶家旁邊的高坡上。老獵戶起初將信將疑,但看到真的能點亮他家的油燈,還能給他兒子做的一個簡易礦石收音機供電,收聽格物院每天定時傳送的簡易天氣和農事資訊後,老人激動得直抹眼淚:“這東西好!比油燈亮,還不用老買油!夜裡聽著‘話匣子’(指收音機),山裡頭也不覺得孤單了。”

沿海漁村的測試則暴露了新問題:海風鹽分大,腐蝕嚴重,木製部件和鐵質軸承很快生鏽,傳動也不靈活了。

資訊反饋回來,格物院立刻著手改進,試驗用桐油多次浸泡木材,鐵件做防鏽處理,並考慮在關鍵部位使用少量銅件。

安裝在學院和器作局屋頂的幾台,則成了京城一景。尤其是器作局屋頂那台,吱吱呀呀地轉著,引得路人時常抬頭觀望。

局裡的老師傅們,包括那位曾對石頭不假辭色的馮掌案,現在閒暇時也會抬頭看看那轉動的風車,偶爾嘀咕兩句:“這玩意兒,倒是巧……風吹就轉,轉了就亮,不用煤不用油。”

“順風機”的初步成功,讓葉明和格物院看到了分散式能源的潛力。它或許無法替代大型電站,但作為補充,尤其是在電網難以覆蓋的邊遠、分散地區,卻有著無可替代的價值。

學院開始編製更詳細的《戶用風力發電機製作與安裝手冊》,準備向各地推廣。

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