书城童书科普知识百科全书——《能源知识篇》(上)
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第8章 太阳为我们工作(8)

原因是喷气发动机和活塞式发动机结构不一样。喷气发动机里没有活塞和汽缸,所以不存在汽缸的损坏问题,这样,就不要求燃料的抗爆性好。因此,它不要求用汽油那样含异辛烷值高的燃料。还有,喷气发动机是要求燃料在燃烧室里猛烈燃烧,产生喷气推动飞机前进。这样,要求燃料的发热值高是主要的。要发热值高,就要求燃料的密度高。

而且燃料密度高,飞机上容积有限的燃料箱里也可以储藏更多的燃料。而从150摄氏度到250摄氏度分馏出来的煤油,发热值高、密度也大。于是,用它作喷气发动机的燃料最合适。也正是这个原因,这种煤油被称为航空煤油。

煤油在喷气时代又焕发出了青春!它不仅成了喷气式飞机的理想燃料,而且成了一种新型汽车的燃料,这种汽车就是喷气汽车。前苏联的莫洛托夫汽车工厂曾研制出一种喷气式赛跑用汽车。它的动力就是类似喷气式飞机的涡轮燃气发动机。它可以用普通煤油作燃料,竞速时每小时可跑300千米。

是谁在“喝”汽油

有人说,用石油代替煤作燃料,是又一次动力的革命。这话说的有一定的道理。

蒸汽机的出现是第一次工业革命的标志,蒸汽机的燃料是煤。所以,在蒸汽机时代,煤成了当之无愧的燃料“皇后。”

1860年,法国发明家勒努瓦,制成了一种与蒸汽机完全不同的动力机。它不是靠煤在锅炉外燃烧,而是靠油在汽缸内燃烧。后来,人们就将这种新式动力机械叫作内燃机。

内燃机不烧煤,而烧石油。1876年,德国一位技师制成了第一台四冲程内燃机。1885年,德国工程师戴姆勒和本茨把内燃机用在车子上,造出了新式交通工具——汽车。

这种汽车一经问世,就击败了用蒸汽机推动的蒸汽车。从此,烧油的汽车成了马路上的霸主了。

内燃机造就了一代“马路天使”——汽车的出现,接着又被科学家用到飞机上。使用内燃机的飞机叫活塞式飞机,因为这种飞机的发动机带有汽缸和活塞,再由活塞的运动带动飞机的螺旋桨旋转。

仔细分析起来,这些内燃机烧的油是石油家庭中的“老大”——汽油。它们是“喝”汽油的大户。比如说,一辆解放牌汽车,每年大约要喝掉40吨汽油。算算看,全世界有多少汽车,一年要消耗多少汽油啊。大约从本世纪50年代开始,石油就开始取代煤,作为动力的主要能源。到了70年代,石油的用量已上升到占总能源的78%,而煤下降到17%。仅1972年,西欧几个国家消耗的石油就达7亿吨。

当然,汽油只是石油中的一种,但却是石油中消耗量最多的一种。如果你去过加油站,会发现汽油有许多种型号,它们是用数字来标号的,如“85号”、“70号”、“66号”、“56号”等。这些号码是什么意思呢?

原来,汽油在发动机汽缸里燃烧时,会发生爆裂现象,使汽缸发颤而损坏。科学家在研究这种现象时,发现这与汽油的成分有关。

汽油成分中,异辛烷抗爆性最好,而庚烷最差。因此,科学家规定,某种汽油的抗爆性如果与异辛烷相同,则性能最好,其型号就定为“100号”。其他依次规定为“95号”、“91号”、“85号”……“56号”等等。由此可见,号码越高,抗爆性越好,汽油的品质也就越好。所以,性能越好的车,使用的汽油号就越高。如小轿车用“85号”、大轿车用“70号”、卡车用“66号”、摩托车用“56号”等。

活塞式飞机的发动机也烧汽油,但由于飞机要求比汽车高,所以用的汽油号更高。如教练机可用“70号”,更好的飞机就得用“91号”和“95号”了。

大家也许知道,现在汽车加油站又在推广无铅汽油。

原来,一般汽车用的汽油中都含有铅。汽油里为什么会有铅呢?那是为了提高汽油的抗爆性。提高抗爆能力的方法,除了提高汽油中的异辛烷值以外,还可以在汽油中加入一种“铅水”,即四乙基铅。四乙基铅是一种含铅的无色油状液体。它加到汽油中虽然可以提高汽油的抗爆性,但却会带来别的危害。目前使用的汽油每公升含铅约05克。

铅这东西含量虽少,但有毒。直接接触它,会产生明显中毒症状。更危险的是,它燃烧后会产生严重的空气污染。据上海市调查,1996年的铅污染比1986年高出1倍。而这种污染的866%来自机动车的燃料。上海儿童血铅浓度已经超过国际公认的警戒值。因此,各国都在推广无铅汽油。一般所说的无铅汽油并不是完全无铅,而且每公升汽油含铅量低于013克。有关部门已经决定北京等城市,在全国率先使用低铅汽油,并达到2000年全国范围内汽油无铅化。

当然,为了保证汽油抗爆性好,又不含铅,就必须增加汽油中的异辛烷值,或利用先进的催化技术,将汽油中的其他碳氢化合物转化成异辛烷。这样,价格就会贵些,但这样可以减少机动车的损害,可以省油,更主要的是可以减少环境污染,所以加强这方面的研究,还是值得的。

不用“吃”水的火车

乘火车对大家来说,几乎是家常便饭了。古老的火车是用蒸汽机推动的。它每小时要烧掉两三吨煤,蒸发一二十吨水。这煤和水是从哪儿来的?是从起发站加上来的。

但是,这些煤和水远远不够它走长途。

怎么办?过去的办法是在火车车厢后面再挂一节专门装煤和水的煤水车厢。后来改为在中间站加煤、加水,这样就要停很长的时间,耽误旅程。

火车不吃“水”行不行?自从出现内燃机之后,有人就有用内燃机来代替蒸汽机推动火车的想法。内燃机不用“吃”水,但必须“吃”油。

一般汽车用的内燃机是烧汽油。如果用这种内燃机去开火车,那消耗的汽油就太多了。要知道,火车可不像汽车那样小巧玲珑,叫火车这个大家伙吃“汽油”可供不起。

怎么办?人们想起了柴油,柴油比汽油可便宜得多啊!

不过柴油比煤油还难点燃,怎么让它在内燃机里燃烧起来呢?

科学家分析,柴油在高温的空气中还是容易点燃的,而且一旦点燃起来,效果并不比汽油差多少。关键是要有高温的空气。

于是,科学家将一般烧汽油的内燃机加以改造,让汽缸先吸入空气,再加以压缩,这样一来,空气的温度就会急剧升高。这时,再将柴油通过细孔喷进高温空气中。柴油在高温空气中形成细雾,就会很快点着而燃烧起来。这种加压空气而使柴油燃烧的内燃机,有别于汽车上的用电火花点燃的内燃机,叫“压燃式内燃机”。而一般人则通称它为柴油机。

柴油机因为有一套使空气加压的装置,而且加的压力又比较大,所以比起一般内燃机来,要笨重一些。另外,因为它要加很大的压力,所以噪声比较大。要加压得需一定的时间,所以它起动速度也比较慢。这些都是柴油机的缺点。

柴油机这些缺点,和它用油便宜的优点相比,在许多地方用起来还是合算的。比如说,用柴油机来作火车头就较理想。因为火车本身就很宠大,笨一点没关系。再说它再笨也比带着大锅炉的蒸汽机车轻巧呀!火车在很宽敞的火车站上起动,不比在热闹的马路上,起动速度慢一点没有关系,噪声大点也影响不大。

在世界上,用柴油机作火车头的历史大约有70多年,这种火车头后来就叫内燃机车。我国于1958年开始试制内燃机车。我国第一批内燃机车有“东风”、“东方红”等型号,一节机车马力为2000~4000。现在我国绝大部分铁路上都用内燃机车取代蒸汽机车了。

目前,内燃机车的推进方式有多种。一种是用柴油燃烧产生高温高压燃气推动活塞往复运动,经过连杆使曲柄旋转,带动车辆前进;另一种是通过柴油机带动发电机,再由发电机带动电动机使车轮旋转;还有一种是用柴油机通过液压装置带动车轮旋转。

柴油机由于不用水作介质,不用使水蒸发,它直接烧油汽化而工作,所以热效率高。一般内燃机车的总效率接近30%,这要比蒸汽机车大3倍。它热效率高,所以消耗燃料较少,加足一次油可以走行500~800千米,所以可以把油直接存在车上,不必到车站上去加油。柴油机不必消耗大量的水,所以可以在沙漠和干旱缺水地区工作,这样就为我国边远地区开通火车提供方便。柴油机也是一种内燃机,燃料在汽缸内燃烧,所以司机室内比较清洁干净。

柴油机不只用在火车上,现在许多机器都相中了它。

比如轮船、拖拉机、坦克、军舰、抽水机、小型发电机等。柴油这种曾被人称作石油兄弟中的“丑小鸭”,已变成“白天鹅”了,它在铁路上和江河湖海上,以及许多岗位上大都在大显身手。