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左全璋:我所经历的科研为社会服务

点击次数:  发布时间:2016-11-9 8:50:10 编辑:校史研究室

    我在华中科技大学(原华中工学院、华中理工大学)从教近四十年,在教学的基础上进行科研,为工厂企业解决了很多新问题,研究开发了一些新产品。现把这些经过记录下来。


一、五条人工河电动模型的制造


    1970年,我50岁在华工电机系,被下放到潜江县。潜江是个好地方,是古云梦泽显露出来的湖底,一马平川,四周望不到边,土地肥沃,物产丰富。生产队为下放干部新建住房,我家分五分自留地种植蔬菜,自给自足,供应粮食,供应豆杆作烧柴,实际上还可以打出一些黄豆,算是社员福利。我下放的村子靠近东荆河大堤,东荆河被汉江大堤闸住水,东荆河实际上不涨水。有百多亩河滩地可种植蔬菜,算是生产队的自留地。我用一元钱可到那里买100斤萝卜,我挑不动,请我的同事大力士老熊同志帮忙挑回家。


   潜江县是一块大平原,他们要在平原上挖五条人工河,用抽水机抽河中水灌溉,通过人工河排洪,做到旱涝保收。我们下放初期,也曾参加挖河劳动。劳动强度很大,在挖河劳动中,我都能一餐吃一斤大米饭。参加一段时间的挖河劳动以后,我就开始参加生产队的正常劳动,在劳动中,我常为同事们讲些三国演义的趣事,一天很快就这样过去了。


    1971年8月下旬,下放大队下命令,要我去潜江县展览馆搞电动模型。


    我的家属留在生产队,我到潜江县展览馆搞电动模型,要把潜江县五条人工河以及东荆河、汉江共7条河用电动模型展示出来。下面用6.5伏灯泡,上面用透明有机玻璃盖着,灯泡逐步亮着,代表河流流动。模型做好后还打算送北京农业展览馆,作农业学大赛展览。


    因为买不到特大容量的低压大电流变压器,最后决定由我负责研制。我将特大容量的低压大电流变压器设计好,托人到沙市机床厂,绕线圈、浸漆,冲压硅钢片。为保证制造质量,我们自制铁心。展览馆人员都参加硅钢片除锈、刷漆、烘干。制成的低压大电流变压器质量很好,输出电流能充分代表河水的流动。


    在这期间,全展览馆同志都到武汉市听913报告。回来时我与队伍走散,幸而我身上还带有一张华中工学院借书证,向军车同志表示我是华中工学院下放干部,得到允许,乘车回到潜江。同志们都笑话我,凭一张图书证回潜江。我还被他们评为十能教师,至今也没有搞清楚是哪“十能”,大概能设计制造低压大电流变压器算是一能。其实制造一个低压大电流变压器算不了什么,能应急而已。为潜江做了一个建设成就的模型,真是不虚潜江之行了。1972年7月13日,我们下放干部全部被调回华工。现在潜江稻田养龙虾,更富有了。


二、为平顶山高压开关厂研究直流螺管电磁系统计算理论


    平顶山高压开关厂生产仿苏产品CD-10直流螺管电磁铁的操作油开关,也是从美国引进的老产品。该厂技术人员,按一本《电磁铁》书上介绍的螺管电磁铁的吸力公式计算电磁吸力,与他们实际测量的电磁吸力相比较,相差实在太远。他们愤慨地说,这本书在骗人。不是《电磁铁》书骗人,而是作者的公式是从别的书上抄来的。该厂(有许多我校校友)向我校带毕业实习的电器教研室主任刘绍峻教授慎重提出,研究直流螺管电磁铁计算理论问题。教研室主任接回来的任务如何解决?我提出在交流电磁系统方面已经想了一个办法,不知是否适用于直流螺管电磁系统,有待研究。在教研室的学术报告会上,同仁们对我处理双E型电磁系统的办法将信将疑。龚向阳老师直率提出,“从前没有人这样搞过”,“磁路是非线性的,把它的参数搬来搬去,是否可行” 。


    最终教研室要求我负责研究直流螺管电磁系统的计算理论问题。给予一些工作量,配备助手,研制探索设备,做一套螺管电磁系统的吸力试验支架,添置测力计。因螺管有100-500公斤力,悬重法没有位置了。


    为了回答“从前没有人这样搞过”的问题,我将对双E型电磁系统想出的计算办法,整理成文《交流电磁系统的一种计算方法》刊登在《低压电器》1973年第4期上。这是我第一篇正式论文,从这里我才深切认识到写论文的重要性。


    我的《低压电器课程设计指导书》从1956年开始作学生教材,已有十余年,还经过悬重法测试的考验,应该是很成熟的方法,但大家还不知道,可见论文正式出版的重要性。


    对直流螺管电磁系统的计算理论,我后来通过研究,才知道这是一个世界性的难题。人们无法计算这种磁路,创立各种估算电磁吸力的计算公式,在科技界产生一些不良后果。我国从苏联引进螺管电磁铁系列产品。我查到他们的进口图纸,每份图纸都附有一份吸力特征图,告诉吸力特性的范畴。


    我是很幸运的,很久以前就碰到线圈罩在气隙上的电磁系统的计算问题。我从基本原理出发,实事求是画出等值磁路图,推导一组方程式,找出一组新公式。解决一个很困难的问题。


    当平顶山高压开关厂的问题提出来,我就敏锐地感觉到,两个问题有共通性。所以把我了解的问题在教研室作学术报告。有同志反映“从前没有这样搞过”,是他们没有见过,我在1956年就这样计算线圈罩在气隙上的电磁系统了。我接受任务后,还不知道这是世界性难题,我就按我已经运用的模式,建立磁路方程,再充分考虑螺管电磁系统的特点。理论推敲,实验对比,使十七个气隙位置的电磁吸力测量值与计算值误差很小,解决了螺管电磁系统的计算理论问题。多年以后我反问自己是用什么方法解决螺管电磁系统的计算理论问题,才深切体会是用线圈磁势分段法解决它的计算理论问题。人们很少想到要把一个线圈的磁势分为几段处理,以致螺管电磁系统磁路计算成为世界性难题。2012年,我重新写了一篇文章《螺管电磁系统与磁势分段电磁系统》。当年对“线圈罩在电磁系统气隙上的电磁系的计算”总觉得研究了一个好办法,解决了困难,其实这个好办法就应该叫作“线圈磁势分段法”,简称“磁势分段法”。磁势分段法,还是新的科学技术术语。


    CD-10螺管电磁系统与线圈罩在气隙上的电磁系统差别很大。它的气隙长80mm,动铁心长20mm,静铁心长为零。我按我原来模式,推导一套方程式,动铁心的位置每变动5mm,进行磁路计算,对比实测电磁吸力和计算力的差别。共有十七个气隙位置的电磁吸力的实验值与计算值基本吻合,实非易事。除非理论符合实际。
这就要认真探讨螺管的作用问题。经过探讨:磁极之间的主磁通通过螺管(通电流的线圈)可以约束两磁极间磁通的扩散程度,不允许主磁通进入带电流线圈内部,这样就限制边缘磁通扩散的程度,增加中间磁通的比例,也就增加螺管电磁系统的电磁吸力。


    CD-10起动位置气隙80mm,螺管阻止边缘磁通乱扩散,启动位置尚有125公斤电磁吸力,可见螺管聚集磁通的效果。现在人们为什么喜欢把线圈罩在气隙上,也是想利用螺管增加一些电磁吸力。


    后来我的学生们对不同参数的螺管电磁系统进行研究,成为研究生硕士论文、毕业生学士论文的良好课题。师生共同研究用计算机BASIC语言程序或FORTRAN语言程序,计算电磁系统。测量电磁吸力的方法也改用应变仪测量。计算方法和测量电磁吸力的方法都有很大的进步,师生都很高兴。


    本课题大约研究了两年,才在1976年第4期《低压电器》刊物上发表文章,题目是:直流螺管电磁系统的静特性的计算和实验。


    1992年,美国IEEE刊物在中国组织一期刊物,由中国电子工业部第四十研究所具体组织。该所金福群高工邀请我在该刊上刊登相关文章,文章实际上是考虑涡流等因素的螺管电磁系统的动特性计算。以前无法计算螺管电磁系统,美国权威刊物AIEE和IEEE都不可能有这方面的文章。本文可说是填补了该刊物这方面的不足。

 

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