Паровой двигатель на колесах, Зачем нужен авто на паровом двигателе в середине 20-го века?
КПД идеальной тепловой машины Карно зависит исключительно от разности температур, причём в расчётах используется абсолютная термодинамическая температура. С их помощью была учреждена компания Doble Steam Motors, в недрах которой родился новый проект — автомобиль Model E. Багасса сахарного тростника используется в Бразилии в качестве топлива на электростанциях. Параллельно с развитием первых автомобилей изобретатели продолжали совершенствовать конструкции мотоциклов и установленных на них моторов.
Даже сейчас можно увидеть настоящий паровой автомобиль в качестве музейного экспоната, а некоторые паровые автомобили используются как транспорт для туристов. Прежде чем рассказать об отдельных агрегатах, мы погрузимся в историю и выясним, почему же пар всё-таки перестал окончательно интересовать автопроизводителей и они переключились на двигатели внутреннего сгорания ДВС?
Сам паровой двигатель берёт своё начало ещё во времена Герона, когда тот предложил нехитрую по нынешним меркам модель геронова шара. Он вращался за счёт энергии пара и был способен делать тысячи оборотов в минуту. Правда, достоверных данных о технических характеристиках геронова шара тех времен у нас нет. Зато есть модели, собранные энтузиастами в современности. Среди них множество различных вариаций, начиная от версий с горизонтально расположенными соплами и заканчивая более традиционными моделями.
Все они показывают впечатляющие результаты. Можно найти экземпляры, способные раскручиваться до оборотов в минуту.
Вы можете почитать про геронов шар наш отдельный материал , чтобы детальнее ознакомиться с темой. Далее, мир забыл о существовании парового двигателя более, чем на лет. Вспомнили о нём лишь в году. Создателем стал Фердинанд Вербист. Ходят легенды, что он сделал особую игрушку, работающую на паровом двигателе, для китайского императора. Тем не менее эта информация недостоверна. Точно мы знаем уже о французском физике Дени Папене, который представил миру своё изобретение в виде цилиндра с поршнем.
Движение этого поршня происходило за счёт колеса, а само колесо раскручивалось при помощи энергии пара. Вместе с паровыми технологиями развивались и газотурбинные.
Так, в году Джон Барбер изобрёл газовую турбину. Вслед за ним делали вклад в поршневую конструкцию, работающую на жидком топливе, и многие другие учёные. Технологии пара и жидкого воспламеняющегося топлива стали развиваться практически параллельно. Я уверен, что вы уже поняли, почему ДВС выиграл эту гонку в потребительском сегменте. Дело в скорости. ДВС быстрее реагирует, быстрее раскручивается, а самое главное — он компактнее и легче, что в свою очередь является решающим фактором в данной ситуации.
Для сравнения, паровой двигатель для автомобиля без воды мог весить целую тонну и занимать очень много места. К середине XIX века суммарная мощность паровозов превосходит мощность фабричных установок. Во 2-й половине XIX века мощность судовых установок также становится выше мощности стационарных, а к концу века становится наибольшей составляющей в общем балансе установленной мощности, достигшей млн. Промышленная революция — переход от мануфактурного ручного производства к машинному — получила своё завершение с созданием универсального двигателя.
В течение почти всего 19 в. Паровая машина увеличивала потребность в каменном угле и удовлетворяла эту потребность, поскольку она поднимала уголь из шахт, вентилировала их, откачивала из них воду. Паровая машина увеличивала потребность в металле и удовлетворяла её, поско льку она нагнетала воздух в доменные печи, проковывала детали машин, вращая валы прокатных станов.
Паровая машина предъявила новые требования к технологии металлообработки и удовлетворяла их, приводя в движение металлообрабатывающие станки, способствуя становлению и развитию машиностроения — производства машин, делающих машины. В своём развитии паровая машина способствовала появлению новых областей знания.
Созданная на основе производственного опыта, паровая машина поставила перед учёными ряд вопросов, разрешение которых создало новую науку — техническую термодинамику. К началу XX в. За сто лет развития мощность паровой машины повысилась от 5—10 л. На основе опыта, приобретённого в производстве паровых машин, был создан новый поршневой двигатель — двигатель внутреннего сгорания, в котором сгорание происходит непосредственно в цилиндре двигателя, то есть по сравнению с собственно паровой машиной устранено одно промежуточное звено пар, как промежуточное рабочее тело, и парокотёльный агрегат, как генератор пара.
Благодаря малому удельному весу то есть отношению веса к мощности двигатель внутреннего сгорания получил широкое распространение на транспорте. Развитие паровых машин привело и к созданию другого парового двигателя — паровой турбины, в которой видоизменён характер использования пара, вырабатываемого котёльным агрегатом, и вместо пульсирующего движения поршня и кривошипно-шатунного механизма используется непрерывное течение пара через проточную часть двигателя, то есть по сравнению с собственно паровой машиной устранено звено поршень—кривошипно-шатунный механизм, что позволило сконцентрировать большие мощности в одном агрегате.
Паровая турбина оказалась наиболее целесообразной формой привода для мощных электрогенераторов, требующих равномерного вращения. Области применения Вплоть до середины XX в. К таким областям относятся: железнодорожный транспорт см.
Характер теплового потребления этих предприятий определял тепловую схему установки и соответствующий ей тип теплофикационной паровой машины: с концевым или промежуточным отбором пара. Проведённые в СССР исследования показали целесообразность перевода раздельных установок на теплофикационные путём введения регулируемого отбора пара из ресивера паровой машины двойного расширения. Возможность работы на любых видах топлива делала целесообразным применение паровых машин для работы на отходах производства и сельского хозяйства: на лесозаводах, в локомобильных установках и т.
Инженер поскучал и спрашивает: «Не пора ли в путь? По нашим понятиям улицы тогда были пустынны.
Но чтобы услышать шум работы парового автомобиля даже на такой улице, приходилось прикладывать ухо к выхлопной трубе парогенератора. Тут тоже требуется пояснение. Двигатель автомобиля «Добль-Беслер» работал по замкнутому циклу с конденсацией пара.
Выпускать пар на улицу приходилось лишь в редких случаях. Поэтому при хорошо сделанных механизмах в автомобиле просто ничего не могло шуметь, а из парогенератора доносился лишь шум пламени. Сгорание топлива в цилиндре двигателя внутреннего сгорания ДВС протекает при постоянно меняющихся количестве кислорода и температуре, что приводит к образованию огромного объема токсичных веществ.
Легковой автомобиль за час работы вырабатывает их достаточно для гибели не одного человека. В горелке парогенератора все процессы протекают при постоянных и наилучших условиях, поэтому токсичность выхлопа парового автомобиля в сотни раз ниже, чем у автомобиля с ДВС.
Проще говоря, сгорание топлива в парогенераторе — длительный непрерывный процесс, как в кухонной газовой горелке. В нем успевают полностью завершиться почти все реакции, чего не удается сделать в цилиндре ДВС. Важнейший показатель автомобиля — расход топлива. Это было довольно мало для того времени и оставалось приемлемо для машин такой массы на протяжении 40 лет. Заметим, что в горелке парогенератора могло гореть любое жидкое топливо — бензин, керосин, спирт, растительное масло, мазут Хотя задача удешевления или экономии топлива в данном случае не ставилась.
Автомобиль предназначался для миллионеров. Самый важный элемент автомобиля — парогенератор. Он был разработан американскими изобретателями братьями Добль еще в году и выпускался в Детройте. Он состоял из 10 соединенных последовательно плоских змеевиков в корпусе из жаропрочной стали. Стенки корпуса также были увиты трубками с водой. Холодная вода из конденсатора при помощи небольшого насоса подавалась вначале в трубку, обвивающую стенки корпуса, где немного подогревалась.
Это уменьшало потери тепла через стенки. Такие параметры пара для того времени считались крайне высокими. Как говорит теория, с увеличением температуры и давления пара КПД паровой машины растет. Воспользовавшись этим, братья Добль сделали ее весьма экономичной и легкой. Она имела два цилиндра, и каждый из них был сдвоенным.
Пар вначале подавался в верхнюю часть малого диаметра, где расширялся и совершал работу. После этого он поступал в нижнюю часть, имевшую большие диаметр и объем, где совершал дополнительную работу. Принцип двойного расширения был особенно полезен при движении по городу. Здесь часто например, в момент разгона или троганья с места в машину подавались большие порции пара, которые бы не сумели отдать всю свою энергию, расширяясь однократно.
Отработанный пар отдавал свое тепло холодной воде, поступавшей в парогенератор, и лишь только после этого попадал в конденсатор, где превращался в воду. Вода подавалась в парогенератор порциями, достаточными лишь для совершения одного-двух ходов поршня паровой машины.
Поэтому в парогенераторе единовременно содержалось лишь несколько десятков граммов воды, и это его делало абсолютно взрывобезопасным. При разрыве трубки пар струйкой втекал в топку и автоматика выключала горелку. Подобный случай произошел лишь однажды — после пробега более чем в тысяч километров.
