Comments 76
В противовес этому всему, — огонь в топке паровой машины может гореть
практически при любом атмосферном давлении, встречающемся на Земле, в
естественных условиях.
Как раз, с увеличением высоты, понижается давление и процент содержания кислорода это плохо для горения. Для двигателей внутреннего сгорания это тоже проблема.
Это понятно. Просто при прочих равных - говорят, что для этих условий паровая машина предпочтительнее, т.к. как минимум меньше по весу сравнимой мощности двигателей внутреннего сгорания ;-). Не говоря уже о том, что паровая машина может "тянуть в горку" чуть ли не с шагом муравья, с почти нулевыми оборотами и ей ничего от этого не будет, в отличие от ДВС.
Есть же редукторы :)
Конечно. Да и вообще, сейчас паровая машина почти ушла из за ДВС:-)...
А вот бывало, в прежние годы, где только не встречалась: О_о
Я еще застал работающий паровоз, не музейный экспонат, а реально работающий. Поразил он меня сильно, потому и запомнил... Потом еще долго на железных дорогах стояли водозаправочные краны - высокие, крашеные серебрянкой.
Работающие до сих пор есть, на Ярославском направлении Московской ж.д. ходил и возможно ходит еще. Я как то встречал семью и з Ярославля, а поезд под паровозом пришел на соседний путь, впечатление удивительное, по сравнению с современными локомотивами, он выглядит живым, вздыхает и теплый.
Ярославль – Рыбинск под паровозом ходит. Еще время от времени устраивают акции типа «музейный поезд», «поезд победы» и т. п., но там московские паровозы приезжают. На Ярославском направлении (если из Москвы смотреть) один остался — в Александрове, в депо стоит. А так на маневровой работе и на заводских ветках паровозы у нас до конца нулевых ездили, с пассажирскими поездами — до конца восьмидесятых (Ленинград – Кубышев и Ленинград – Иваново).
Не знаю, действует ли сейчас:
В Германии ходит узкоколейка на Брокен, с углём, искрами, дымом и прочим) Понятно, что это наверное больше ретро, но тем не менее в эксплуатации.
Несмотря на все усовершенствования, поршневой паровой машине так и не удалось избавиться от кривошипно-шатунного механизма, что ограничивало её применение.
Во многих странах экспериментировали с установкой паровых турбин на поезда, но вроде как это всё совпало с распространением дизельных поездов и электрификацией, поэтому их на всю планету наверное десять-двадцать наберётся. Ну и вроде бы КПД зависит от скорости лопаток турбины, поэтому там было две связанные проблемы: маленькие по диаметру турбины и проектировались они чтобы КПД был выше на высоких скоростях, поэтому область применения оказывалась узкая.
Не только турбины позволяют избавится от кривошипа. В 19 веке была сконструирована сферическая паровая машина Тауэра.
И здесь об этом была статья https://habr.com/ru/articles/396909/
Другая причина: у турбины большие обороты и очень маленький момент. Если вал турбины завести на колеса, то она не сможет тронуть локомотив с места (о составе на 100500 вагонов я вообще молчу). Есть два выхода: либо ставим коробку передач на 100500 передач (и выносим крышу локомотивной бригаде), либо делаем электропередачу. Первый вариант отпал сам собой, а электричество проще подавать по проводам, чем генерировать таким способом. Зато на судах турбины прижились, там все проще: повесил на вал винт — и пошел в море...
повесил на вал винт
Нет конечно. Используются редуктора.
Зависит от. :-) Есть (были) низкооборотные судовые турбины, которые без редукторов выдавали в пределах 1000 об/мин, и у них были отдельные секции заднего хода. Такие ставили и соединяли прямо с винтом. Потом перешли на высокооборотные, пришлось ставить редукторы, но быстро сообразили, что редуктор — зло, и начали ставить электропередачу.
Кстати, первое судно с турбинами было именно с выскооборотной турбиной и без редукторов. Пришлось много чего колхозить из-за разных эффектов...
Одна из любимых книг на даче - "Устройство паровоза, его содержание и ремонт" (пере) изданная в 20х годах прошлого века. Необычайно подробное описание принципов действия паровых машин, и вообще всего что только есть в паровозе, вплоть до отдельной главы про водомерные стекла, почему их два, и как их использовать... Поражает две вещи - у многих узлов и деталей имена собственные, типа масленка инж.Вирхкопфа (условно) или тормоз Матросова. И второе - понимание, что 80-90% всех изобретений, технологий, знаний умерло вместе с паровозами...
@DAN_SEA я раз за разом вижу твои статьи и у меня буквально горит. Выглядит вроде бы серьёзно - графики, картинки, текст, какие-то цифры, но при чтении оказывается, что всё свалено в кучу и перемешано с очень сомнительными утверждениями и фантазиями.
Ну можно же получше разобраться или даже самому попробовать что-то сделать - намного больше толку будет.
У некоторых авторов статья как айсберг - есть куча опыта и на основании его пишется статья, в которой видно 5-10% сжатого, проверенного, концетрированного знания. А здесь наоборот какой-то колосс на глинянных ногах.
Дальше примеры:
Кроме того, Джеймсом Уаттом был применён центробежный регулятор, который
представляет собой устройство, позволяющее регулировать подачу пара, в
зависимости от нагрузки на двигатель:
Нет, центробежный регулятор регулирует подачу пара в зависимости от скорости вращения двигателя. Всё. Почему двигатель меняет скорость - от того, что пар закончился или от того что нагрузка поменялась - он не знает.
Требования к мощности паровых установок росли, что, соответственно, требовало и повышения их рабочего давления.
Не обязательно, можно было бы просто делать установку больше. Дело в том, что КПД тепловой машины зависит от разницы температур, и уже из-за этого повышали давление. Паровая машина должна быть не только мощной, но и по-возможности эффективной.
Я сейчас могу несколько соврать в цифрах, но тогда у меня получалось,
что на стенки этой трубки давит давление вовсе не 300 бар, учитывая её
площадь, а всего лишь что-то порядка от 1 до 3 кг
Масса и давление - несравнимые величины.
Связано это с тем, что обычно, при поступлении пара в цилинр, он начинает сразу же в некоторой степени кондесироваться,
Пар начинает конденсироваться, когда он расширяется и совершает работу, толкая поршень.
Этот момент с влиянием нагретого воздуха на двигатель наблюдается также и
в обычных двигателях внутреннего сгорания. Например, когда двигатель
долго стоял на солнце и погода жаркая — после этого завести его может
быть довольно проблематично (приходилось сталкиваться неоднократно
самому, лично).
Не надо обобщать какой-то единичный случай на все двигатели. Во время работы температура ДВС намного больше, что не мешает ему нормально работать. Для примера у охлаждающей жидкости может быть 90 градусов и это нормально.
В противовес этому всему, — огонь в топке паровой машины может гореть
практически при любом атмосферном давлении, встречающемся на Земле, в
естественных условиях.
В ДВС точно так же горит топливо при практически любом атмосферном давлении, а ещё ДВС эту смесь сжимает перед поджигом.
Вот тут список, винтовой самолёт с ДВС достигал высоты в 18.5 км. https://ru.wikipedia.org/wiki/Список_рекордов_высоты_полёта
Ещё одним интересным моментом является тот, что паровой двигатель
намного легче по весу альтернативных вариантов в виде двигателей
внутреннего сгорания или электрических
нет
Но, одним из самых существенных преимуществ парового двигателя перед
двигателем внутреннего сгорания является его способность сохранять
максимальный крутящий момент во всём диапазоне скоростей, практически с
нуля, что абсолютно недоступно ДВС.
С этим прекрасно справляется трансмиссия, есть куча разных решений - вязкое трение как в автоматических коробках, проскальзывание сцепления на механике, центробежное сцепление и т.п.
В свою очередь, когда паровоз уже набрал скорость, то машинист отключает
подачу пара в цилиндр и паровая машина работает на холостом ходу, не
затрачивая пар. Поэтому можно видеть, что дым становится характерно
чёрным, так как практически не содержит пара!
У последних производимых паровозов сделано намного интереснее - машинист регулирует перекрытие. Это то, насколько большую часть такта пар поступает в поршень. При большом перекрытии КПД низкий, но давление на поршень большое, при маленьком перекрытии (допустим, 0.1) пар выпускается в цилиндр в начале хода и потом впуск закрывается. Пар расширяется раз в 10 и совершает кучу работы, отдавая всю энергию.
А ещё использование перегретого пара и регулируемого перекрытия позволило отказаться от многоступенчатых схем, когда пар расширялся в паре цилиндров - можно было сразу в одном цилинде обеспечить любую степень расширения.
Но это всё какие-то скучные подробности, зачем о них писать.
Поэтому благодаря тому, что у паровых двигателей имеется возможность
подачи высокого крутящего момента на любых скоростях, — паровому
двигателю не нужна коробка переключения передач и крутящий момент
передаётся напрямую на колёса (или для осуществления иной полезной
работы).
Нет, у парового двигателя есть ограничения по скорости оборотов "сверху", и у паровозов неспроста делали огромные колёса.
А у паровых турбин, которые более эффективные, вполне себе есть рабочие обороты и снижение КПД за их пределами.
Это даёт возможность механизму, оборудованному паровой машиной,
показывать такие впечатляющие примеры применения, как например,
взбираться на крутые горки, практически на нулевой скорости:
Низкий крутящий момент компенсируются передаточным числом трансмиссии. Важна только мощность.
Несмотря на все усовершенствования, поршневой паровой машине так и не
удалось избавиться от кривошипно-шатунного механизма, что ограничивало
её применение. Впрочем, справедливости ради, эта проблема до конца не
решена в данный момент и для ДВС
Во-первых, не вижу никаких проблем
Во-вторых, существует роторный двигатель
Подытоживая, можно сказать, что несмотря на ореол устаревшей технологии,
паровые двигатели ещё рано списывать со счетов, так как они вполне
успешно трудятся на ниве электрогенерации и не только, так как, скажем,
до сих пор множество самодельщиков конструируют различные аппараты с
паровым приводом. Мало того, высказываются на форумах идеи о потенциале
увеличения экономичности паровых технологий, с помощью применения
инжекторного впрыска топлива (обеспечение импульсного подогрева, ровно
столько, сколько нужно), контроля температуры воды и давления, что в
наше время довольно легко осуществить с применением
программно-аппаратных средств.
Так сделай, а то в каждой статье "довольно легко", "можно так", "есть идеи" и ни одного самостоятельно собранного прототипа.
Это как писать статью про язык программирования, не написав ни одной строчки кода на нём.
Нет, центробежный регулятор регулирует подачу пара в зависимости от скорости вращения двигателя.
В университете я изучал дифференциальные уравнения по учебнику Понтрягина. Первым примером реального исследования системы на устойчивость был именно регулятор Уатта. Излагая оригинальное исследование Вышнеградского («О регуляторах прямого действия»), автор выводил дифференциальные уравнения движения, потом находил стационарное решение системы и исследовал его устойчивость. Выходило, что на работе регулятора отрицательно сказывается увеличение массы шариков, а также уменьшение трения в системе (именно эти изменения к худшему были следствиями прогресса — масса шариков росла с увеличением мощности двигателя, а трение уменьшалось из-за увеличения точности обработки поверхностей). Вообще, всё исследование — впечатляющий пример приложения теории к совершенно конкретным проблемам техники, привевший к появлению конкретных рекомендаций по устранению проблем.
Понтрягин Л.С., «Обыкновенные дифференциальные уравнения», 1974, стр.218
Подобрал параметры регулятора Уатта, при которых видно различие его устойчивого и неустойчивого движения
Зеленый график — угол отклонения стержней от вертикали, оранжевый — угловая скорость вращения маховика
При неустойчивом движении угловая скорость вращения маховика неограниченно возрастает (хоть и достаточно медленно)
На графиках представлены реальные решения уравнений динамической системы, приведенной у Понтрягина
отрицательно сказывается увеличение массы шариков
Потому что увеличивается инерциальность. Система начинает запаздывать, запаздывание вынуждает вносить более глубокую коррекцию, которая рискует стать (и становится) избыточной, а дальше то же самое с обратным знаком и так до бесконечности на частоте резонанса системы. Тут не нужно решать дифференциальные уравнения, чтобы понять в принципе, в чем проблема.
а также уменьшение трения в системе
Ну, это еще более очевидно без уравнений, потому что трение влияет на добротность резонансного контура. Чем выше трение, тем более задемпфирована реакция при равной массе шариков, а значит тем меньше амплитуда механического резонанса.
Тут не нужно решать дифференциальные уравнения, чтобы понять в принципе, в чем проблема
Ну, это еще более очевидно без уравнений
Почему-то в XIX веке для тех, кто создавал ранние паровозы, это очевидным не было. Возможно, тогда еще не были известны понятия «инерциальность», «добротность», «демпфирование» и прочие. Вам, без сомнения, легче, чем тогдашним инженерам
Нет, у парового двигателя есть ограничения по скорости оборотов "сверху", и у паровозов неспроста делали огромные колёса.
А иногда, на маленькой колее, так не получалось, и были редукторные паровозы: Гейслеры, Шеи, Климаксы. Последние ещё с коробкой передач, упрощенной конструкции, там, кажется, передач всего две было, и переключать на ходу было нельзя, но тем не менее. И это была прекрасная физика. Из преимуществ у паровой машины - только максимальный крутящий момент на неподвижном валу, очень это локомотивщикам нравилось. Помните все эти великолепные монстры вроде пневматической "паровой" машины с дизельным приводом (догитлеровская Германия, если не ошибаюсь. Кажется, даже в опытную эксплуатацию пошел локомотив), и дизель-паровая машина, когда цилиндры трогались на пару, а потом переключались на дизельный режим (это кажется СССР, и до опытной эксплуатации даже не дошло)? Всё,чтобы не делать сцепление и гидромеханику
вижу твои статьи и у меня буквально горит
Увидел твой кмоментарий и у меня горит. Автор написал хорошую статью. А твой комментарий, по сути, придирка. Лучше бы написал его как дополнение к статье, и был бы хороший камент, а так это какие-то эмоиции на хабре.. И еще набежала куча которая это заплюсовала(хомячковость во всей красе)
Ок, постараюсь ответить по пунктам, по которым смогу что то ответить ;-)
Кроме того, Джеймсом Уаттом был применён центробежный регулятор, который
представляет собой устройство, позволяющее регулировать подачу пара, в
зависимости от нагрузки на двигатель:
Нет, центробежный регулятор регулирует подачу пара в зависимости от скорости вращения двигателя. Всё. Почему двигатель меняет скорость - от того, что пар закончился или от того что нагрузка поменялась - он не знает.
Что по-вашему делает любой двигатель, даже на авто современных, при повышении нагрузки? Не кидает ведь Interrupt? :-) Нет - двигатель при повышении нагрузки уменьшает свои обороты. Именно поэтому говорят о двигателях: "холостые обороты" и "обороты под нагрузкой". Таким образом, как мы можем узнать об увеличении нагрузки? - естественно, по уменьшению оборотов. Таким образом, вы просто видимо не до конца поняли мысль, заложенную здесь и мы говорим об одном и том же. Мне казалось, что я достаточно понятно написал, не проговаривая до конца некоторые вещи, так как они подразумевались, "между строк". Но, похоже возникло недопонимание.
Я сейчас могу несколько соврать в цифрах, но тогда у меня получалось,
что на стенки этой трубки давит давление вовсе не 300 бар, учитывая её
площадь, а всего лишь что-то порядка от 1 до 3 кг
Масса и давление - несравнимые величины.
Я понимаю это. И опять же, здесь просто подразумевается, недосказанное: потому что, что такое 300 бар? Если 1 бар =1.02 кг/см^2, то 300 х 1,02 = 306 килограмм на сантиметр квадратный.
Таким образом, я хотел всего лишь сказать, что если у нас сосуд обладает достаточно малой площадью, то и давление на его стенки будет весьма мало и составит далеко не 306 кг/см2, а всего лишь от 1 до 3 кг.
И именно поэтому тонкие казалось бы трубки - могут легко выдерживать дикие давления (не до бесконечности большие - но всё же).
Связано это с тем, что обычно, при поступлении пара в цилинр, он начинает сразу же в некоторой степени кондесироваться,
Пар начинает конденсироваться, когда он расширяется и совершает работу, толкая поршень.
Эта информация взята чуть ли не дословно из старой книги по паровым двигателям и звучит именно так. Кстати говоря (об этом в статье написано) - похоже как раз начальной конденсации Джеймс Уатт и пытался всячески избежать, одевая цилиндр в деревянную "рубашку" - чтобы он постоянно сохранял тепло и пар минимально конденсировался в начале.
Ещё одним интересным моментом является тот, что паровой двигатель
намного легче по весу альтернативных вариантов в виде двигателей
внутреннего сгорания или электрических
нет
Вопрос дискуссионный - но у меня такая информация. Не берусь точно судить, но если посмотрим даже на вот это видео, то видно, что паровая машина, которая "тащит" паровоз - это всего лишь 1 (или может быть 2- не знаю) цилиндра внизу. И всё:
В противовес этому - у современных тепловозов - это огромный многоцилиндровый блок, чуть не во весь тепловоз размером (а там и литой картер, блок цилиндров, аккмуляторы и т.д. и т.п.). Поэтому не зря говорят, что паровоз легче.
В свою очередь, когда паровоз уже набрал скорость, то машинист отключает
подачу пара в цилиндр и паровая машина работает на холостом ходу, не
затрачивая пар. Поэтому можно видеть, что дым становится характерно
чёрным, так как практически не содержит пара!
У последних производимых паровозов сделано намного интереснее - машинист регулирует перекрытие. Это то, насколько большую часть такта пар поступает в поршень. При большом перекрытии КПД низкий, но давление на поршень большое, при маленьком перекрытии (допустим, 0.1) пар выпускается в цилиндр в начале хода и потом впуск закрывается. Пар расширяется раз в 10 и совершает кучу работы, отдавая всю энергию.
А ещё использование перегретого пара и регулируемого перекрытия позволило отказаться от многоступенчатых схем, когда пар расширялся в паре цилиндров - можно было сразу в одном цилинде обеспечить любую степень расширения.
Но это всё какие-то скучные подробности, зачем о них писать.
Ну тут ведь дело какое - каждый пишет, что ему кажется интересным. Я вот - каждый день не имею дело с паровозами :-) И меня этот вопрос всегда занимал, а тут как раз появился случай разобраться.
Поэтому благодаря тому, что у паровых двигателей имеется возможность
подачи высокого крутящего момента на любых скоростях, — паровому
двигателю не нужна коробка переключения передач и крутящий момент
передаётся напрямую на колёса (или для осуществления иной полезной
работы).
Нет, у парового двигателя есть ограничения по скорости оборотов "сверху", и у паровозов неспроста делали огромные колёса.
Здесь я, возможно недостаточно точно сказал. И хотел сказать только лишь (и весь дальнейший текст кстати про это, в том числе про "залезание" паровоза на горку) - что паровоз прекрасно обходится без коробки передач, так как может "тянуть" нагрузку на любой доступной ему скорости.
Это даёт возможность механизму, оборудованному паровой машиной,
показывать такие впечатляющие примеры применения, как например,
взбираться на крутые горки, практически на нулевой скорости:
Низкий крутящий момент компенсируются передаточным числом трансмиссии. Важна только мощность.
Ниже, в комментах правильно сказали, что тогда теряется плюс паровоза - его относительная лёгкость;-). Кроме того, я так полагаю, что в те времена, когда были паровозы - изготовление сложных редукторов было "не раз плюнуть" - т.к. не было ЧПУ. Соответственно, любой вариант избежать потребности в редукторе - воспринимался как очевидный плюс (я так это понимаю).
Подытоживая, можно сказать, что несмотря на ореол устаревшей технологии,
паровые двигатели ещё рано списывать со счетов, так как они вполне
успешно трудятся на ниве электрогенерации и не только, так как, скажем,
до сих пор множество самодельщиков конструируют различные аппараты с
паровым приводом. Мало того, высказываются на форумах идеи о потенциале
увеличения экономичности паровых технологий, с помощью применения
инжекторного впрыска топлива (обеспечение импульсного подогрева, ровно
столько, сколько нужно), контроля температуры воды и давления, что в
наше время довольно легко осуществить с применением
программно-аппаратных средств.
Так сделай, а то в каждой статье "довольно легко", "можно так", "есть идеи" и ни одного самостоятельно собранного прототипа.
Статья про что, на ваш взгляд? Это пошаговый мануал, как собрать паровоз? :-)))) Или же общеознакомительная, с таким интересным явлением?
Кроме того, как я и написал, - что приходилось видеть такие высказывания на тему апгрейда паровых машин. Не "я предлагаю их так апгрейдить и собирайте скорей все!" - а "вот есть такой интересный путь, который мне показался любопытным, для осмысления".
Но в любом случае, спасибо, что уделили время на чтение! ;-)
Я понимаю это. И опять же, здесь просто подразумевается, недосказанное: потому что, что такое 300 бар? Если 1 бар =1.02 кг/см^2, то 300 х 1,02 = 306 килограмм на сантиметр квадратный.
Таким образом, я хотел всего лишь сказать, что если у нас сосуд обладает достаточно малой площадью, то и давление на его стенки будет весьма мало и составит далеко не 306 кг/см2, а всего лишь от 1 до 3 кг.
В огороде бузина, а в Киеве - дядька!
Таким образом, я хотел всего лишь сказать, что если у нас сосуд обладает достаточно малой площадью, то и давление на его стенки будет весьма мало и составит далеко не 306 кг/см2, а всего лишь от 1 до 3 кг.
Ни разу не видел (и не слышал), чтобы считалось нормальным "подразумевать" единицы измерения. Даже если только что говорилось про бары, писать сразу после этого кг вместо кг/см2 - неправильно. И мне не понять причин, зачем это может быть нужно - неужели потому, что лень три буквы дописать? Единица измерения - это не просто слово, в котором можно часть выкинуть. На уроках физики в школе за неправильное написание единиц измерения снижают оценку, а в ВУЗах и подавно. В физике есть даже методы решения задач через единицы измерения. Например: даны какие-то условия на входе, и в конце нужно получить кг/см2. Просто анализируя, что на входе имеем килограммы, а на выходе - кг/см2, можно сделать вывод о том, что на что нужно поделить или умножить, чтобы решить задачу, даже "не помня" конкретные физические законы.
давление на его стенки будет весьма мало и составит далеко не 306 кг/см2, а всего лишь от 1 до 3 кг.
Да что вы там у себя такое курите!
Вопрос дискуссионный - но у меня такая информация. Не берусь точно судить, но если посмотрим даже на вот это видео, то видно, что паровая машина, которая "тащит" паровоз - это всего лишь 1 (или может быть 2- не знаю) цилиндра внизу. И всё:
В противовес этому - у современных тепловозов - это огромный многоцилиндровый блок, чуть не во весь тепловоз размером (а там и литой картер, блок цилиндров, аккмуляторы и т.д. и т.п.). Поэтому не зря говорят, что паровоз легче.
Если под двигателем мы понимаем именно преобразователь одного вида энергии в движение, без источника этой энергии, то электродвигатель будет легче.
Т.е. в ваших терминах у двигателя тепловоза нет многоцилиндрового блока. Там только электродвигатель.
Вот тут список, винтовой самолёт с ДВС достигал высоты в 18.5 км.
Но это же форменное читерство - на самолете установлены двигатели с турбонаддувом, пара IO-550.
Наддув, любой - что турбо, что механический или электрический нагнетатель, это чисто авиационная штука, решавшая задачу уменьшавшегося с высотой давления воздуха, а следовательно количества забираемого кислорода, как бы желательного для горения топлива. Позже наддув пришел и в наземный транспорт, но это тема отдельного экскурса.
существует роторный двигатель
Но практического применения не нашел. За исключением экспериментов Mazda на не самых, скажем так, массовых моделях марки, серийных автомобилей с ним я не знаю. Может быть, роторный двигатель применялся (серийно) в авиации? Или на флоте? Вряд ли из-за нерешенных проблем с ресурсом, но интересно как минимум умозрительно.
На флоте роторный двигатель не применялся от слова «совсем». Во-первых, низкая надежность, во-вторых, низкий ресурс. Ну и технические проблемы — попробуй с одного цилиндра 100 000 лошадей снять... В дизеле хоть 16 цилиндров стоит, все и в размерах меньше, и нагрузка на детали распределяется и в 16 раз меньше.
Не для спора, а из пусть праздного, но настойчивого любопытства: а как насчет гоночных катеров? Я, к стыду, не знаком с техническими регламентами разных гоночных классов и серий, но если ресурса двигателя хватает на один победный заезд, то это уже интересно.
Что до цилиндров, то роторный двигатель тоже можно сделать на те же 16 или сколько угодно "шайб". Другое дело, что большой судовой дизель может быть низкооборотистым, двухтактным и наддувным - все эти качества уместны на относительно крупнотоннажных судах, насколько я могу себе это предложить.
Не для спора, а из пусть праздного, но настойчивого любопытства: а как насчет гоночных катеров?
В шестидесятые ставили. Тогда чего только не ставили... Потом одумались. Но это все были единичные случаи, и сугубо для спорта. В транспорт это не пошло.
Другое дело, что большой судовой дизель может быть низкооборотистым, двухтактным и наддувным
Он не «может быть», он должен быть низкооборотным, двухтактным и наддувным. А еще — реверсивным. У роторников с этим проблемы, насколько я помню. Ну и еще одна проблема: а мазут роторник может кушать?
Ну и еще одна проблема: а мазут роторник может кушать?
А это, кстати, хороший вопрос. То, что обеспечить необходимую для самовоспламенения степень сжатия практически невозможно - сочтем за аксиому. Ремарка для зануд: на самом деле все можно, только проработает пару часов до капремонта, потому что нагрузки на требующие уплотнения трущиеся поверхности будут сильно выше, чем для бензина, и это при том, что на бензине оно тоже долго не ходит. То есть необходимо "бензиновое" воспламенение от искры. А мазут - он такой, плохо испаряющийся. В отличие от практически полностью испаренного и равномерно смешанного с воздухом бензина в цилиндр будет подаваться по сути почти исключительно жидкое топливо. Fail. Допустим, тем не менее, что с зажиганием вопрос решим традиционным дизельным способом - калильными свечами, благо температуры вспышки условного мазута невелика (понятно, что конкретная цифра зависит от сорта). Что получим? При низкой степени сжатия КПД двигателя будет низким, смысла нет. Наращивать степень сжатия невозможно из-за нерешаемых проблем с ресурсом, и без того маловатым. При работе "по-дизельному" - без дросселирования, регулировкой только подачей топлива, двигатель будет все время работать в режиме бедной смеси, а это повышенная тепловая нагрузка в сравнении со стехиометрической смесью у бензиновых или газовых двигателей. Опять уменьшаем и без того проблемный ресурс. При том что весогабариты именно судовой силовой установки, в отличие, скажем, от авиационной, один из наименее критичных параметров (ну, в разумных пределах, конечно), а значит достоинства роторного двигателя имеют крайне малое значение. Fail. В общем, как ни крути, а традиционная система цилиндрических цилиндров с цилиндрическими поршнями оказалась лучшим решением на всех видах транспорта и в сельхозтехнике, от бензопил до контейнеровозов.
1) Бензина на судне быть не может. Вычеркиваем роторник из рассмотрения.
2) «Пара часов для капремонта» — это на самолетах так делать можно. Он в воздухе полетает, потом все равно садится, и надо делать техобслуживание. Можно под него подвести и замену мотора в сборе (дорого, идиотизм, но теоретически можно). А вот судно месяцами в море, там межремонтные и межсервисные интервалы огромные, никаких «пара часов до капремонта». И это вторая причина, почему роторники на флоте не прижились. Кому сильно надо было — ставили газовые турбины.
А как у вас получились из работы на бедной смеси повышенные тепловые нагрузки?
Это не у меня получилось, а у исследователей.
Upd: максимальная температура ГБЦ, насколько я помню из литературы, достигается при 0.85 от стехиометрической смеси при том, что максимальная температура выхлопных газов достигается где-то в районе единицы. С дальнейшим обогащением смеси температура выхлопных газов начинает, а температура ГБЦ продолжает снижаться.
Масса и давление - несравнимые величины.
Ну тут имеется в виду сила в килограммах, а не масса, но все равно, автор как будто упускает из виду, что давление=сила\площадь.
Об этом и речь - нельзя сравнивать давление и силу. Силу надо приложить к площади, чтобы получилось давление.
Там ещё интереснее, если рассуждать о разрывной силе, действующей на оболочку трубы, то там будут единицы вида 'сила/длина', а не просто 'сила'. Давление -- это 'сила/площадь'.
Сама сила в любом случае измеряется в ньютонах :-)
Силу можно измерять в килограмм-силе :) Хотя необязательно, зная что вес 1 килограмма на поверхности Земли -- это примерно 10 ньютонов.
Есть единица давления, в которой как бы килограммы присутствуют, но тогда это называется "килограмм-сила". Т.е. единица давления - кгс/м2, а не просто кг/м2:
Нет, центробежный регулятор регулирует подачу пара в зависимости от скорости вращения двигателя. Всё. Почему двигатель меняет скорость - от того, что пар закончился или от того что нагрузка поменялась - он не знает.
Вы правы, но устройство действительно могло регулировать подачу пара в зависимости от нагрузки. Логика работы остается такой же и по сей день - если у Вас в машине падают обороты - открывается дроссельная заслонка. Падать они могут по нескольким причинам, а логика одна.
В ДВС точно так же горит топливо при практически любом атмосферном давлении, а ещё ДВС эту смесь сжимает перед поджигом.Вот тут список, винтовой самолёт с ДВС достигал высоты в 18.5 км. https://ru.wikipedia.org/wiki/Список_рекордов_высоты_полёта
Там была турбина. Чисто технически, можно поддерживать горение в любой среде, где есть хотя бы небольшое количество кислорода, и устройство, способное поднять давление.
С этим прекрасно справляется трансмиссия, есть куча разных решений - вязкое трение как в автоматических коробках, проскальзывание сцепления на механике, центробежное сцепление и т.п.
Трансмиссия - это плохо. Это потеря КПД, дополнительный узел, который может весит очень много, дополнительная точка отказа. Костыль, если по айтишному говорить, потому что раскрутить двигатель с КШМ до больших оборотов - крайне сложно. А с роторным двигателем согласен - ведь действительно механизм, лишенный мертвых точек. Ресурс у него небольшой, но даже на мазде rx8 он доезжает до 100 тысяч километров, что не так уж и мало, на самом деле. Почему его забросили и не ведут разработки, ведь реально потенциальный движитель.
Вы правы, но устройство действительно могло регулировать подачу пара в зависимости от нагрузки. Логика работы остается такой же и по сей день - если у Вас в машине падают обороты - открывается дроссельная заслонка. Падать они могут по нескольким причинам, а логика одна.
Покуда мы на Хабре, пацанам за логику ответьте. :)
В бензиновом автомобиле в общем случае дроссельная заслонка регулируется только и исключительно педалью газа. Ее положение никак не зависит от нагрузки на двигатель или чего угодно еще - только от манипулирования органом управления заслонкой, вышеозначенной педалью газа. Если падают обороты из-за возрастающей нагрузки, приблизительно ничего не помешает двигателю заглохнуть, если водитель не предпримет каких-либо действий. Если обороты растут из-за уменьшившейся нагрузки, ничто не помешает двигателю набрать обороты, в крайнем случае до конструктивно максимальных включительно, если водитель не предпримет каких-либо действий.
В дизельном автомобиле заслонки нет вообще. В некоторых конструкциях автомобильных бензиновых двигателей заслонки также нет вообще, но из-за относительной редкости не будем на них останавливаться, покуда роль заслонки у них выполняют впускные клапаны, что эффективнее, но сильно сложнее в реализации, поэтому это и редкость. Тем не менее, в дизельном автомобиле логика не меняется - незначительно меняется реализация, поскольку педаль газа воздействует на производительность топливного насоса, а не на отсутствующую заслонку. Поэтому точно так же, при увеличении нагрузки обороты будут падать и двигатель может заглохнуть, а при уменьшении нагрузки обороты будут расти. Только водитель воздействием на педаль газа может парировать эти изменения оборотов, а не оно само по себе произойдет.
Такая вот логика.
Да, отдельные автомобили могут оснащаться надстройками над вышеозначенной системой и управлять заслонкой вне манипулирования педалью газа, но это не та логика, о которой вы говорите. Пример такой надстройки - воздушный клапан, временно увеличивающий подачу воздуха в обход закрытой заслонки для поддержания повышенных оборотов для устойчивого запуска и прогрева. Вы можете привести и другие примеры надстроек, но логика работы автомобиля неизменна - заслонкой управляет водитель, пусть даже у него есть вспомогательная автоматизация под общим названием "круиз-контроль" со своим актуатором и своим тросом к заслонке. Ой, да, теперь ведь все педали электронные, второго троса в дополнение к отсутствующему первому не нужно.
Теперь посмотрим, где применяется регулировка топлива или топливной смеси в зависимости от нагрузки. Это не автомобили. Это газонокосилки и генераторы. Им необходимо поддерживать стабильные обороты независимо от нагрузки, желательно без сложных и дорогих в реализации надстроек. Особенно важно это для генераторов, потому что им частоту генерации нужно выдерживать более-менее близкую к стандартным 50Hz или 60Hz в зависимости от региона, поэтому обороты им нужно держать довольно строго около 3000 или 3600 соответственно. У газонокосилок требования к точности удержания оборотов ниже - там достаточно было бы работать в каком-то широком диапазоне, когда скорость вращения ножа достаточна, а двигатель работает с оборотами, близкими к оборотам максимального крутящего момента, но тем не менее принцип регулирования и его реализация практически идентичны тем, что используются в генераторах, а именно используется такой же центробежный регулятор с грузиками, через тягу воздействующий на заслонку карбюратора, поэтому точность удержания оборотов сопоставима и в целом достаточна для генераторов.
Ресурс у него небольшой, но даже на мазде rx8 он доезжает до 100 тысяч километров, что не так уж и мало, на самом деле.
Это прекрасный пробег для машины выходного дня, которая сто тысяч проедет за не знаю сколько десятилетий. Заявленный расход масла порядка литра на 1000км тоже не выглядит проблемой сам по себе (надо полагать в реальности, на умеренно изношенном двигателе, он заметно больше), но может стать серьезной проблемой с точки зрения экологических норм.
В странах, где нет дурацких законодательных ограничений (или как минимум налогового давления) на рабочий объем, проще сделать восемь больших цилиндров, немного наддуть их, и получить приличную в абсолютных цифрах мощность и момент при смехотворной нагрузке на двигатель. А если нужно дешевле, то сделать шесть цилиндров поменьше - дальше то же самое, только меньше и от этого тоже дешевле. Какой-нибудь стандартный Shelby GT500 с небольшим по американским меркам 5.2l V8 (у Hellcat 6.2, а так и более семи литров вполне может быть) развивает что-то около 760 сил на обычном бензине. Более форсированный вариант развивает порядка 1000 сил на обычном бензине и до 1300 сил на этаноле. На этом фоне возня с роторными двигателями выглядит так себе.
Комментарий просто для расширения кругозора.
Электронно управляемые заслонки с "круиз-контролем" -- по сути и выходит автоматическое поддержание оборотов (при заданной передаче) при разных нагрузках
Для дизелей ещё в механическую эпоху получили распространение регуляторы оборотов, и более того, в любом, даже сравнительно старом, автомобильном дизеле регулятор оборотов в ТНВД никуда не девается, просто он регулирует минимальные (чтоб не заглох и не раскручивался без нагрузки) и максимальные (чтоб не перекрутить при активном педалировании) обороты. Называется -- двухрежимный регулятор. В технике типа тракторов и далее в тепловозы -- всережимный регулятор уже, поддерживает любые заданные обороты независимо от нагрузки. Всережимные регуляторы бывают жёсткие (насколько педальку надавил, если речь про колесную и гусеничную технику, такие обороты и будут, а если невозможно прям сразу раскрутить нагрузку -- будет мгновенно режим максимального момента) и мягкие -- где по мере приближения к заданным оборотам подача топлива уменьшается.
Даже в разных дизельных легковых автомобилях бывают как двурежимные, так и всережимные мягкие регуляторы. В первом случае для поддержания повышенных оборотов даже без нагрузки надо педалировать туда-сюда, в других -- нет.
Электронно управляемые заслонки с "круиз-контролем"
Не являются [обязательной, неотъемлемой] частью любого автомобиля, а лишь опциями, надстройками.
Для дизелей ещё в механическую эпоху получили распространение регуляторы оборотов
Да, такие же центробежные, например. Для поддержания холостых оборотов - крайне полезная вещь.
3.
Так глубоко дизели не копал, спасибо, действительно для расширения кругозора.
А ещё использование перегретого пара и регулируемого перекрытия позволило отказаться от многоступенчатых схем, когда пар расширялся в паре цилиндров - можно было сразу в одном цилинде обеспечить любую степень расширения.Но это всё какие-то скучные подробности, зачем о них писать.
Стоп. насколько я понимаю одна из причин многоступенчатых поршневых паровых двигателей в том, что при разной степени расширения разное давление.
Т.е. цилиндр 1-й ступени маленький и очень прочный. А последней большой, но лёгкий т.к. давление и нагрузки там меньше.
Это как с турбиной. лопатки и дивметр турбины меняются от впуска к выпуску.
Пробовали по-разному, можно эту статью на википедии почитать: https://ru.wikipedia.org/wiki/Компаунд-паровоз
У меня тоже статьи автора вызывают похожие ощущения. Особенно от вида фейковых видео в статье с насосом. К этой конкретно публикации у меня серьезных претензий нет, она больше похожа на энциклопедичную статью, без сильного уклона в diy, я бы даже сказал автор делает успехи в этом плане. Но вообще я считаю что нельзя писать про diy если не занимаешься этим самостоятельно. Только попытавшись что-нибудь сделать получается понять какая же огромная полная неочевидных тонких нюансов пропасть между теорией и работающим устройством. И ещё в сто раз большая пропасть между работающим устройством и устройством обладающим нужными характеристиками (удельная мощность, надежность, кпд) чтобы оно было применимо в хозяйстве, а не было просто макетом иллюстрирующим принцип.
Есть еще паровые энтузиасты https://www.youtube.com/watch?v=BtHQVLfpTuU
- для @IgorSL и @Juri_78 редукторы ничего не весят? у тепловозов и танков как и тяжелых тракторов и грузовиков редукторы весят больше самого двигателя. почему на тяжёлых машинах, тех же судах пар ещё долго сохранял свое место.
у паровоза большой вес на котёл, но если водотрубный — то на накопитель. - рабочее тело. есть более удобные рабочие тела, чем дистиллированная вода, но опасные — тот же аммиак.
- с кривошипношатунным механизмом — простое и надежное решение, все эти баландины и прочие при возрастании зазоров выше определённых малых величин — начинают клинить.
в принципе, свободный поршень можно и в паровом использовать, даже проще чем в двс, материалы менее требовательные, т.д. и т.п. - кпд по карно. ограничен выбором рабочего тела и опасностью аварии. тут паровым сложнее.
- кпд ещё ниже за счёт значительного упрощения и облегчения системы — разомкнутый контур по рабочему телу, иначе говоря — пар выпускали в атмосферу.
- недостаток — время запуска, даже на водотрубном...
редукторы ничего не весят?
Весят, но и ДВС легче парового.
как раз редукторы для передачи большого момента весят больше двигателя.
паровой двигатель, если без котла - весит легче двс, гораздо, посмотри даже изделие добля, начало 20 века - кривошип с шагом 90*, полозья и два двойного действия цилиндра, чтобы не было мертвых точек.
котёл - если водотрубный - легкий. ну и получается 2 бака - рабочее тело и топливный.
если брать по радиусу действия как вновь модные (прошлая мода - конец 19-начало 20 века) элекробрички - баки могут быть маленькими. если использовать электронику для контроля процессов, а штатно там всё на простой механической связи - то можно добиться экономичности не хуже чем у двс в городском цикле. другое дело что высокие давления и температуры предполагают повышенную опасность.
вообще-то можно под разные условия применения использовать разные движители, золотой пули нет.
в случае малых мощностей, халявного или дешевого источника тепла, высокой температуры в случае воды как рабочего тела - вполне себе решение. в той же британии до сих пор балуются с паровыми грузовиками, в конце 70х только перестали производить, т.к. уголь дешевле, он местный, а нефть везти...
для более низких температур пойдёт водный раствор аммиака, т.е. концентрированный нашатырь, но это для закрытого стационара, т.к. опасное вещество, мясокомбинаты почему в постсоветское время вынесли за пределы городов.
Это даёт возможность механизму, оборудованному паровой машиной, показывать такие впечатляющие примеры применения
Ещё например у фау-2 турбонасос был паровой машиной, правда пар из пероксида с марганцовкой получался.
Добавлю еще одну поправочку.
В машине Ньюкомена пар не толкал поршень. У него просто не было такого давления. Холостой ход совершался под действием силы тяжести — цепь или шток просто опускались вниз за счет собственного веса. А рабочий ход обеспечивался атмосферным давлением, при конденсации пара. Именно поэтому она и была "все еще атмосферной".
DAN_SEA, кое-где - "пар поступает в поршень".
Это я дословно скопировал текст комментария @lgorSL , когда цитировал его ;-).
Здесь надо было ему конечно сказать "в цилиндр".
Основной недостаток парового двигателя - низкий кпд.
В статье про это написано: "Низкий КПД паровых машин, не превышающий 10%, и послужил для них приговором". ИМХО, здесь слово "приговор" вполне к месту, и как раз означает, что этот недостаток перевесил и прочие недостатки, и преимущества.
Низкий КПД — это у паровоза, потому что:
1) паровоз ограничен в габаритах, водотрубный котел на него не поставишь;
2) паровоз ограничен в габаритах, с тягой в котле проблемы из-за низкой трубы;
3) паровоз ограничен габаритах, конденсатор ставить негде;
4) паровоз ограничен в габаритах, поэтому на него можно ставить только двухцилиндровую машину однократного расширения (были попытки сделать иначе, но не получилось);
5) паровоз должен трогаться с места с нагрузкой, поэтому ему надо иметь два цилиндра высокого давления двойного действия с кривошипами, повернутыми на 90°, из-за этого п. 4) становится невыполнимым;
6) паровозу не надо генерировать электричество и отопление для помещений, поэтому все тепло уходит в атмосферу (на судах мятым паром крутят пародинамо, а потом пускают в систему отопления);
7) на паровоз не поставишь лишнее колесо, которое будет крутиться от турбины, которая крутится мятым паром;
8) паровая машина любит крутиться медленно, поэтому паровоз должен иметь огромные колеса, но ему нельзя их иметь, ибо габарит.
У пароходов этих проблем нет, поэтому КПД у них существенно выше.
Конденсатор можно ставить на тендере, и более того, ставили в 30х годах.
Можно ставить и 3 и 4 цилиндровую. Другое дело, что это усложняет конструкцию и обслуживание, но ставить можно, и более того -- было множество таких экспериментов.
Двойное расширение (паровая машина компаунд) и вовсе было когда-то широко распространённым, например см. серию О.
да, но это значительно повышало требования к обслуживающему персоналу по всей дороге, где использовались более сложные изделия. вообще в то время моряки и железнодорожники были наиболее грамотные из массовых гражданских специалистов. и в войсках они же + артиллерия, там математика. потом уже пошли усложнения.
> Она является первой в мире паровой машиной, которая была двухцилиндровой, что позволяло ей работать без использования гидравлической энергии.
Меха паровики качали и до Ползунова.
Ранние паровые машины имели единственный цилиндр не просто так - мощность пропорциональна объему цилиндра, его стоимость пропорциональна площади стенок - так что единственный цилиндр дешевле всего.
Как мне кажется не хватает раздела про парогазовые установки (ПГУ). Где скоростной поток образовавшийся при сгорании топлива используется как для разогрева воды, так и для вращения турбины, что выводит КПД такого агрегата на новый уровень.
На видео, где паровой трактор забирается в гору, очевидно что камера наклонена. Если посмотреть на деревья, они под углом. Деревья так не растут, деревья растут только вертикально вверх, к солнцу.
Мощность паровых турбин находится в пределах 50.000 кВт, хотя в отдельных случаях она может достигать и 150.000 кВт.Паровые турбины типа ТП-1,5-К2,2 (1500 кВт) и К-1200-240 (1200000 кВт) смотрят на это утверждение
Не освещены двигатели Добля, я даже год назад книжку по ним скачал, вот там стимпанк..
Паровой двигатель