Реактивный паровой двигатель: Прямоточный паровой двигатель с ядерным источником тепла — Энергетика и промышленность России — № 09 (365) май 2019 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Прямоточный паровой двигатель с ядерным источником тепла — Энергетика и промышленность России — № 09 (365) май 2019 года — WWW.EPRUSSIA.RU



Прямоточный паровой двигатель с ядерным источником тепла — Энергетика и промышленность России — № 09 (365) май 2019 года — WWW.EPRUSSIA.RU — информационный портал энергетика

http://www.eprussia.ru/epr/365/7592624.htm

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 09 (365) май 2019 года

Автором разработан новый тип двигателя, предназначенный для военных и гражданских судов.

В известных паровых установках для судов с химическим источником тепловой энергии или ядерным, осуществляется замкнутый цикл генерации водяного пара и многократный цикл преобразования его потенциальной энергии в механическую в паровой турбине, механической энергии паровой турбины – в электрическую в электрогенераторе, электрической электрогенератора – в механическую в электродвигателе, которая затем через понижающий редуктор используется для вращения винта, создающего пропульсивную энергию для движения судна.

Идея для торпеды

Многие специалисты считают, что подводные и надводные корабли с электродвижением, наиболее распространенные сегодня, в дальнейшем будут лишь совершенствоваться, особенно с учетом все более широкого применения винто-рулевых комплексов, при этом в будущем электродвижение на кораблях военно-морского флота во всех странах мира будет приобретать все больший размах, так как никакую другую энергетическую установку невозможно сделать менее шумной, чем установку с электродвигателем.

Возможность создания менее шумного и более эффективного судового двигателя прямой реакции без подвижных частей и многократного преобразования видов энергии впервые была высказана академиком А. Д. Сахаровым для торпеды: «…Я фантазировал, что можно разработать для такой торпеды прямоточный водопаровой атомный реактивный двигатель…»

Эта идея реализована в изобретенном бесконтурном, прямоточном паровом двигателе с ядерным источником тепловой энергии и может быть использована не только для торпеды, но и для подводных и надводных судов различного назначения.

Двигатель обеспечивает создание пропульсивной реактивной тяги без преобразования энергии одного вида в другой и без подвижных частей.

Он характеризуется простой конструкцией и содержит менее радиационно опасный упрощенный ядерный источник тепловой энергии – тепловыделяющую сборку (ТВС) с тепловыделяющими элементами (ТВЭЛ).

В качестве рабочего тела для генерации пара и создания реактивной силы в прямоточном паровом двигателе используется только забортная вода, в которой движется судно и которая в рабочем цикле лишь один раз меняет свое физическое состояние, поступая по каналу в парогенератор в жидком состоянии, в парогенераторе испаряется, образуя пар высокого давления, совершающий максимально эффективное объемное расширение и, контактируя с забортной водой, находящейся в канале после парогенератора, конденсируется, возвращаясь снова в жидкое состояние.

Используемый в двигателе ядерный источник тепловой энергии резко упрощен по конструкции и при меньшей вырабатываемой мощности, чем используемые на судах атомные энергетические установки с атомным реактором, обеспечивает создание требуемой тяги с максимальной эффективностью, так как при его работе отсутствуют этапы многократного преобразования энергии из одного вида в другой и сопровождающие их потери, снижающие эффективность пропульсивной тяги.

Принцип работы

Двигатель содержит заборник воды, канал подачи воды в парогенератор и сам парогенератор, выполненные соосно и расположенные ниже ватерлинии судна.

Прямоточный паровой двигатель для судов выполнен в виде двух сообщающихся труб круглого или прямоугольного сечения, разделенных между собой плоской стенкой, у которой установлен ядерный источник тепла – тепловыделяющая сборка (ТВС) и которая является поверхностью, на которой давлением пара создается реактивная тяга, двигающая судно.

Забортная вода, поступающая через заборник по каналу в полость парогенератора, испаряясь тепловой энергией ядерного источника тепла, переходит в состояние насыщенного пара и затем конденсируется.

При движении судна через двигатель проходит скоростной поток воды, при этом генерируемый в парогенераторе пар визуально воспринимается как стоп-кадр.

Преимущества

В прямоточном паровом двигателе отсутствуют источники вибрации и шума для появления их в гидростатическом поле, окружающем судно, что снижает вероятность его обнаружения, что особенно важно для атомных подводных лодок.

Для разворота судна на месте не требуются получившие распространение винто-рулевые комплексы (ВРК) с погруженным гребным двигателем, установленные вне корпуса судна и увеличивающие гидросопротивление при основном ходе.

Изменение направления движения судна – задний ход (реверс) или разворот на месте – обеспечиваются поворотом рулевой насадки с приводом или перекрытием главного осевого канала и переключением потока воды в ответвления – дополнительные боковые каналы, обеспечивающие движение судна в требуемом направлении при отталкивании водой, выходящей из двигателя, от забортной воды, – что более эффективно, чем создание усилия вращением винта.

Атомные подводные лодки с прямоточным паровым двигателем получат дополнительные возможности скрытности и более эффективного маневрирования – изменения курса, разворота на месте, погружения, подъема или всплытия, недоступные при создании пропульсивной тяги винтом.

Экологические нюансы

Вода является замедлителем нейтронов, кроме того, масса ядерного топлива, содержащегося в ТВС двигателя, минимальна, при этом количество нейтронов при делении ядра, поступающих в воду, проходящую через проточную часть двигателя при движении судна, также минимальна, что обеспечивает низкую степень ее радиационного загрязнения.

Для речных и озерных судов, перемещающихся в ограниченном по объему водном бассейне (реки, озера), двигатель выполняется с одноконтурным ядерным источником тепла, полностью исключающим радиационное загрязнение проходящей через двигатель воды.

Увеличится полезный объем двигателя, уменьшится водоизмещение – объем воды, вытесняемый корпусом при его погружении по конструктивной ватерлинии, – и уменьшится осадка и массовое (весовое) водоизмещение, что позволит проходить участки с меньшей глубиной.

Эффективность двигателя нетрудно проверить на простейших моделях, имеющихся в НИИ и КБ, производящих работы по совершенствованию судовых энергетических установок.

Также читайте в номере № 09 (365) май 2019 года:

• Восточным курсом

  Всемирный ветроэнергетический совет (Global Wind Energy Council, GWEC) опубликовал отчет о развитии мировой ветроэнергетики в 2018 году. По мнению специалистов, отрасль будет интенсивно развиваться, в частности, в таких странах Юго-Восточной Азии, как В. ..

• «Первые ласточки» российской ветроэнергетики

  Согласно государственной программе поддержки ВИЭ, к 2024 году в эксплуатацию в России должно быть введено 3,35 ГВт ветроэлектростанций (ВЭС). Основным условием для предоставления государственной поддержки являются требования по…

• Прямоточный паровой двигатель с ядерным источником тепла

  Автором разработан новый тип двигателя, предназначенный для военных и гражданских судов.
  …

• РМЭФ-2019: новые детали в традиционных рамках

  VII Российский международный энергетический форум
  Санкт-Петербург, «ЭКСПОФОРУМ»
  25‑28 июня 2019 г.
  …

• Импортозамещение в действии: цель – обеспечить независимость

  В прошлом году ООО «Вега-ГАЗ» силами своих специалистов-монтажников выполняло работы на многочисленных объектах строительства и капитального ремонта единой системы газоснабжения.
  …



Смотрите и читайте нас в

• — Выберите область поиска —
• — Выберите область поиска —
• Искать в новостях
• Икать в газете
• Искать в каталоге

‘

Энергия старого мира / Хабр

Введение

Эта статья является продолжением публикации «Взгляд в прошлое. Технология 18 века».

В ней мы построили реально работающий паровой двигатель, который должен стать главной частью будущего парового мотоцикла, и даже провели пробные эксперименты по его запуску на воздухе.

Теперь нужно решить энергетический вопрос. И тут начинаются основные отличия от двигателей внутреннего сгорания (ДВС). В таких двигателях бензин, смешиваясь с воздухом, попадает в цилиндр двигателя и при воспламенении этой воздушно-топливной смеси выделяется энергия. Расширившиеся продукты горения давят на поршень, производя работу. Но вот у паровых машин, энергия рождается не в двигателе. Она рождается в котле. Котёл производит пар, который в свою очередь и будет давить на поршень нашего двигателя. Эту древнюю энергию нам и требуется обуздать!

Устройство

Паровой котёл — котёл, предназначенный для генерации насыщенного или перегретого пара. Может использовать энергию топлива, сжигаемого в своей топке, электрическую энергию или утилизировать теплоту, выделяющуюся в других установках. (Википедия)

Существует два основных типа котлов: классический и прямоточный. Первый тип чаще всего использовался для работы паровых машин. Его можно описать как железный резервуар, в который врезана топка. Топливо горит в топке, обогревая воду в резервуаре. Вода в нём начинает кипеть и создаётся пар под давлением. Такой тип использовался на паровозах и всех первых паровых машинах:

У классических котлов есть как преимущества, так и недостатки. Преимущества заключаются в том, что для создания давления пара не требуется каких — либо насосов, так как накопленная энергия воды может ещё долго снабжать двигатель паром даже при отсутствии огня. Такие котлы не очень требовательны к качеству воды. Паровозы заправляли самой обычной водой из речек, родников, колодцев и прочее.

Прямоточный котёл можно представить как длинную, компактно свёрнутую трубку, обтекаемую пламенем, в которую насосом закачивают воду. Такой тип котла обладает целым рядом преимуществ:

1. Позволяет создавать пар большего давления при меньшей массе и небольшом объёме котла.
2. Из-за того, что в трубке не так много носителя, такой котёл считается более безопасным (не запасается большое количество энергии).
3. Быстрый выход на режим, так как не нужно прогревать большое количество воды.

Для лёгкого понимания работу такого котла можно представить в упрощённой форме:

Создание прямоточного котла

И, конечно, мне захотелось сделать именно прямоточный котёл.

Подобрав длинные нержавеющие трубки разного сечения, я сварил их вместе таким образом, чтобы сечение постепенно увеличивалось. Затем, весь этот 8 метровый «кишечник» был компактно свёрнут и уложен в раму мотоцикла. Внешние стенки, которые должны удерживать пламя и направлять его в нужную сторону, были сделаны из простой жести. Насос, закачивающий воду (носитель), изготовил из газового доводчика, который обычно придерживает капоты и багажники автомобилей. Конструктивно, «доводчик» — это готовое изделие. Мне необходимо было только приварить вход и выход для воды и приделать клапан, который не пускал бы закаченную воду обратно. Насос подвижно крепился одной своей частью к раме, а второй к кривошипу на валу колеса. С помощью гибкого шланга высокого давления (тормозной шланг от авто) вода под давлением закачивалась в котёл, а забиралась из отдельного бачка, располагавшегося выше насоса. Горелку сделал по типу «кровельных», такими рабочие греют рубероид на крышах зданий. Чтобы процент обтекания трубок был больше, горелки поставил сразу две.

Итог

Испытания парового мотоцикла, оснащённого прямоточным котлом, с самого начала пошли не так. Самой первой проблемой стало отсутствие «начального» давления в котле. Приходилось руками покручивать колесо, чтобы насос отправлял некое количество воды в трубопровод. Но, когда я открывал ручку газа (подавая пар на двигатель) давление пара мгновенно падало, не успевая закрутить колесо. Выход нашёлся не сразу. Был сделан небольшой воздушный ресивер после насоса. Он работал как пружина для воды. Запасал энергию сжатия от насоса и отдавал её обратно, когда насос был в мёртвой точке или в фазе всасывания питательной воды.

Двигатель заработал! Но проработал, около 10 секунд. Золотниковый клапан заклинил. При разборе двигателя, никаких проблем выявлено не было. Собрав его обратно и запустив снова, я столкнулся с той же проблемой. Она оказалась приходящей и уходящей сама собой. После изучения этой проблемы, нашлась ошибка в расчётах теплового расширения. Изначально, золотник представлял собой цельную деталь из фторопласта, а у него, как оказалось, очень большой коэффициент теплового расширения (22) и он при прогреве расширялся настолько, что его насмерть заклинивало в корпусе.

После подробных и тщательных расчётов тепловых расширений был выточен стальной золотник, оснащённый фторопластовыми кольцами, шириной 2 миллиметра.

Поскольку корпус алюминиевый, а золотник стальной, вся разница тепловых расширений была сведена практически к нулю.

Новое испытание показало, что золотник работает просто прекрасно и без замечаний. Вывешенное колесо крутилось, вода закачивалась, прямоточный котёл работал. Пришло время прокатиться. Но тут возникла новая проблема. Мне не удавалось на нём проехать больше нескольких метров. И опять я был сбит с толку. Всё же работало! На холостом ходу всё отлажено! Что ещё не так?

После долгого анализа других подобных паровых аппаратов,

Я понял, что у меня слишком маленький котёл (длина обогреваемой трубки), в следствие этого при увеличении производительности, вода просто не успевала испаряться и вылетала вместе с паром в двигатель. От такого эффекта пропадает КПД всей установки, так как расширение воды слишком мало или не происходит вовсе. Увеличить длину котловой трубки уже задача не такая простая. Но и на этом моё горе не закончилось.

Во время очередных испытаний, я мучил аппарат, заставляя его работать, но состояние двигателя начало резко ухудшаться и в какой-то момент он заклинил. На этот раз, просто остудить его снегом, не помогло. Снова понадобилась капитальная переборка. Результаты вскрытия показали, что расплавились все фторопластовые кольца и даже алюминиевый поршень от нагрева расширился настолько, что начал задирать цилиндр. И это оказалось фатальной проблемой. Дело в том, что при большом расходе, данный котёл не успевал производить должное количество пара, а при маленьком расходе, он создал пар такой энергии, что просто вышел из строя весь двигатель. И не удивительно. Ведь выходные трубки котла были раскалены докрасна. То есть пар, достигал температур, порядка 600-700 *С. Как мы знаем, фторопласт распадается при 400*С. Для меня, это и стало «последней каплей»! Мне уже хотелось получить работоспособный мотоцикл, а я погряз в каких-то бесконечных проблемах!

Нужно было переделывать в котле почти всё. И в этот-то момент я понял, что, несмотря на неоспоримые преимущества прямоточного котла, это изделие весьма не простое и требует тонкого расчёта, дополнительного регулирующего оборудования, да и насос съедал не малую часть вращательной энергии. Сложилось чёткое понимание, что, если бы я делал классический котёл, то ни одной из этих проблем просто не возникло бы!

Классический котёл

После всех тех бесконечных проблем с прямоточным котлом, создавая классический, я просто, можно сказать, отдыхал. Как уже говорил выше, это всего-то железная бочка, в которую врезана топка. Можно было совершенно не задумываться о температуре пара, ведь при лишнем давлении срабатывает предохранительный клапан и сбрасывает излишки, уменьшая температуру воды и поддерживая давление в заданных пределах. Не нужно было создавать начальное вращение колеса, чтобы нагнать первоначальное давление. Пар для «старта» был готов сразу и даже запасён с излишком. Всё, что требовалось — это придумать эффективную топку. Но тут пришлось хорошенько подумать, ведь места у нас не так много.

Изготовление

На металлоприёмке я нашёл какой-то ресивер или баллон из-под пропана с толщиной стенки 3-4 мм, так что габариты котла уже были заданы жёстко.

Если сильно заморачиваться с массивной и эффективной топкой, то останется мало места для самой воды (носителя). Если топка будет слишком маленькой, то у нас не будет достаточной энергии для более менее удовлетворительной крейсерской скорости, ну и сам процесс нагрева котла займёт слишком много времени.

И вот, что я придумал. Топка будет подвержена сдавливанию огромным давлением, поэтому решено было сделать её простой, сквозной и круглого сечения. Под это пошла обычная труба 100 мм. Для увеличения КПД нашей топки (теплообменника), были врезаны 12 поперечных сквозных трубок.

Я посчитал это очень выгодным, так как они обтекались бы пламенем и выхлопными газами под прямым углом,

а вода внутри них циркулировала бы под естественным эффектом конвекции. Это позволит сохранить максимальный объём воды в котле, а для нас это запас хода. И, как бонус, такую топку было легко врезать в резервуар. Следовало всего лишь сделать два отверстия по обоим краям.

Для контроля давления установил небольшой манометр. Температуру носителя контролировать не обязательно, так как она напрямую связана с давлением и явно не выходит за критическую отметку (400*С). Давление в котле решил сделать как у реальных паровозов 16 bar.

Предохранительный клапан настроил на 18 bar. Теперь осталось его опрессовать. Это своего рода проверка на прочность. Котёл наполняется доверху водой и накачивается повышенное давление. Сначала, я это делал оставшимся от предыдущей котловой системы, насосом из доводчика, но сжимать такой насос при давлении более 20 bar, оказалось не простой задачкой (очень хорошо, что мы теперь можем отказаться от такого узла, ведь он забирал уйму мощности на себя). Оказалось, что опрессовывать удобнее всего углекислотным огнетушителем. Им я без труда создал давление в котле в 25 bar (это был максимум моего манометра) и, выждав несколько минут, приступил к настройке предохранительного клапана.

Итог

Котёл получился на славу. Даже давление в 25 bar оказалось ему нипочём. Он даже не начал хрустеть. Предохранительный клапан (использовал от компрессоров) срабатывал чётко, хоть и ронял давление с 18 до 9. Этот для нас очень не выгодно, но он будет срабатывать только в тех случаях, когда сам за давлением не уследишь. Так что, до его срабатывания лучше не доводить. Это будет бессмысленное выбрасывание ресурсов.

Пламя

Теперь нужно решить вопрос с огнём. Конечно, было бы красиво и приятно топить подобный мотоцикл дровами. Это же ретроспектива в прошлое, стимпанк, классичность, но, как я уже говорил, у нас очень мало для этого места, ведь наша топка чуть больше локтя. Конечно, можно туда уместить шапку угля, но этого не хватит даже на то, чтобы просто прогреть котёл. Тут пришлось отступить от романтичности и изготовить газовую горелку. На самом деле это очень эффективное, мощное и удобное топливо. Газ жидкий, поэтому его легко запасать, легко подавать в горелку и он сразу идёт под давлением, что позволяет создавать скоростной горячий поток в топке, тем самым улучшая теплообменный процесс (не требуется поддув).

Изготовление

На металлоприёмке нашёл отличные, маленьких размеров, нержавеющие бачки. Судя по их форме и синей окраске, это кислородные баки от какого-то пассажирского самолёта. Я собрал несколько таких бачков в батарею и объединил магистралями подачи газа и заправки. Объём каждого бачка примерно 1.7 л, а значит, можно будет везти с собой запас топлива более 5л. жидкого газа. Согласитесь, не плохой запас энергии.

С горелкой не стал мудрить и просто скопировал систему с советской бензиновой паяльной лампы. Тут я должен кое-что пояснить. Паяльная лампа устроена таким образом, что бензин сначала попадает в некую полость, где должен испариться и уже в виде паров выпускается в зону горения. А пламя горелки обогревает эту самую «испарительную» камеру. То же самое потребуется и нам. Представьте, что будет, если жидкий газ начнёт вылетать из такой горелки… Процесс испарения газа относительно долгий, а ко всему прочему, ещё и сопровождается криогенным эффектом. Пламя из такой горелки будет длинным, не эффективным, не экономичным и даже пожароопасным.

Эксперимент (рис А)Пламя с не прогретой горелки (рис В)Правильный режим, прогретая горелка

Поэтому подавать газ, в нашу горелку следует плавно, чтобы она успела прогреться.

Испытания котла прошли как по маслу. Заправил примерно 35 л воды, горелку вывел на полную мощность и ждал. Через 14 минут вода закипела, и давление потихоньку начало подниматься. Примерно через такое же время в котле было 16 bar.

Для управления подачей пара я использовал простой водопроводный шаровой кран, который отлично справлялся и с температурой, и с давлением. В них используется тот же самый фторопласт, так что проблем, думаю, не будет.

Для интереса, я решил открыть кран на полную и посмотреть на нашу энергию. Струя пара долетала до соседних гаражей и создавала шум взлетающей ракеты. При этом я ощутил силу реактивной тяги, пришлось даже придерживать котёл, чтобы он не начал летать по всей улице. Я был очень доволен!

В котле подобного типа запасается огромное количество энергии. При выпускании пара в течение 5 секунд через отверстие ½ дюйма, давление в котле упало всего лишь наполовину. Дело в том, что при уменьшении давления смещается и точка кипения воды. То есть вода начинает кипеть и без подогрева, всего лишь от уменьшения давления. Этот эффект будет работать до тех пор, пока температура воды не упадёт до 100 *С. Это для нас приятная новость. Значит, можно будет долго ездить и с выключенной горелкой.

Но есть и один не совсем для меня понятный эффект. При активном выпускании пара при давлении менее 5 bar, начинает вылетать вода. Я предположил, что она кипит столь интенсивно, что в своём неистовом бурлении долетает до сухопарника и подхваченная потоком пара улетает наружу. Для эксперимента я слил часть воды, оставив уровень 20%. Эффект конечно уменьшился, но всё равно остался. Неужели вода подпрыгивает в котле на 30-40см? Если честно, с этим я пока так и не разобрался. Такая вот небольшая загадка.

Ну да ладно! Функционал готов, пора собрать наш аппарат!

Стиль

Во время конструирования нашего необычного мотоцикла, многие «учёные мужи» советовали мне сделать замкнутую систему воды. То есть, что бы из двигателя пар не вылетал на улицу, а попадал в конденсатор (охладитель) и получившаяся вода снова закачивалась бы в котёл с помощью маленького насоса. Это очень хорошая идея, я и сам постоянно об этом думал. Но цель нашего проекта не кругосветное путешествие на дровах, а рассмотреть технологию позапрошлого века, победить инженерный вызов и насладиться работой настоящего парового двигателя. Ну, а какой же паровой двигатель без этого легендарного «чух-чух». Кроме того, хочется наблюдать вылетающий пар, он будет многое рассказывать о режимах происходящих внутри двигателя. Ну и наконец, я просто нахожу очень красивым, когда от паровоза идут клубы пара, особенно если они подсвечены солнцем. Романтика паровозов, так сказать. Но, не смотря на это всё, для образа, я решил всё-таки сделать конденсатор, что бы было видно о наших замашках, и просто для стиля.

Большинство различных самоделок имеют стиль «Безумного макса» или «Постапокалиптического мира». Да, так проще всего. Особо то и делать ничего не нужно. Ржавые железки, приваренные гаечные ключи, немного висящих тряпок и стиль готов. Но этой простоты, или так сказать «ленивого стиля» в нашем мире очень много. Мне захотелось сделать что-то маленькое, милое и красивое. Сделать «конфетку», так сказать. И раз уж у нас древняя паровая технология, сам собой напрашивается «Стимпанк».

Стимпанк – это вымышленный мир. Такой, каким он стал бы, если человечество не изобрело электричество, ДВС и прочие технологии и существовала бы только энергия пара.

Я, конечно, не дизайнер, но при сборке мотоцикла, некоторые вещи всё же пришли на ум.

Испытание парового мотоцикла

«Гаражные» испытания полностью готового парового мотоцикла, оснащённого котлом классической конструкции, прошли на удивление гладко. Пока я его строил, в комментариях к видеороликам, люди рекомендовали много правильных и умных вещей. По ходу дела, некоторые из них я применял и в итоге они отлично себя показали. Так, например, при прогреве двигателя паром, в нём конденсируется много воды, которая блокирует поршень и может привести к гидроудару. Люди предложили сделать маленькое отверстие с резьбой, с помощью которого можно было бы выпускать пар и сливать сконденсировавшуюся воду, тем самым быстро его прогревать. Потом, заглушить его винтиком и спокойно сразу ехать.

На удивление, самая первая попытка проехать на полностью готовом мотоцикле, прошла без каких — либо проблем. Как говорится, «сел и поехал». Покатавшись немного перед гаражом, я понял, что для меня этого не достаточно и я хочу больше. Разумеется, чтобы замерить все параметры, увидеть слабые места, ощутить и понять этот аппарат, нужна прямая, пустая, бесконечная трасса. Поэтому пришлось вывезти мотоцикл за город и спокойненько со всем этим разобраться.

Об испытаниях:

В целом, я очень доволен результатами. Они даже превзошли мои ожидания. Видя, как ездят подобные паровые мотоциклы во всём мире, наша малютка оказалась далеко не на последнем месте.

Заключение

Когда задумывал строить этот паровой мотоцикл, я рассуждал так: вот сделаю его, как – нибудь это всё проедет и, удовлетворив все свои инженерные интересы, поставлю его дома напротив дивана в качестве эстетического элемента, навсегда. Но нет! Теперь это наоборот не даёт мне покоя. Я хочу его изучать, модернизировать, переделывать и побивать его же рекорды, хочу определить его максимум, понять всё, на что он способен! Конечно, в рамках этой концепции.

Первое с чего начну, это переделаю систему переключения пара на классическую. Мне стало интересно, какова будет разница. И ещё, при последующих испытаниях нужно будет «поиграть» с настройками. Добиться максимальной скорости, подобрав наиболее правильное опережение впуска пара. Ещё, хочу поэкспериментировать с разными видами топлива.

Видимо грядёт большая модернизация. Так что, если наш «паровоз» собирался уйти на пенсию и отсидеться где-нибудь в музее, тут я его сильно разочарую! У него впереди ещё длинное, тяжелое, но интереснейшее будущее!

Более подробно о создании и испытаниях в видео материалах:

Энергия пара покорилась!

Отличная идея или фиаско? Разбираемся с прямоточным котлом

Создание паровозного свистка, сборка аппарата

Испытания парового мотоцикла

Steam Fires Подводный реактивный двигатель

Автор Ben Crystall

Революционно новый паровой двигатель, описанный его изобретателями как «подводный реактивный двигатель», вскоре может привести в движение лодки и быстроходные катера более эффективно, чисто и безопасно, чем обычный подвесной мотор.

Подводный реактивный двигатель

Pursuit Marine Drive создает тягу, используя энергию пара высокого давления для всасывания воды через впускное отверстие в передней части и выброса ее на высокой скорости через заднюю часть. Пар с высокой скоростью выходит из обращенного назад кольцеобразного сопла в коническую камеру, где он смешивается с водой (см. рисунок). Ударные волны, возникающие при конденсации пара, фокусируются камерой и выбрасывают воду сзади.

Привод был изобретен австралийским инженером Аланом Бернсом и разработан в Великобритании инженерами Pursuit Dynamics в Ройстоне, Хартфордшир. На прошлой неделе New Scientist стал свидетелем того, как версия длиной всего 20 сантиметров развивала около 30 лошадиных сил (22 киловатта) в испытательном баке, что достаточно для питания быстроходного катера. Но компания говорит, что его можно увеличить примерно до 300 лошадиных сил.

Реклама

Важным элементом конструкции является то, что вода, поступающая в двигатель, всасывает воздух через вентиляционное отверстие перед паровой струей. Пузырьки воздуха изменяют способ смешивания пара с водой, что значительно увеличивает КПД двигателя.

Компьютерное моделирование показало, как это работает, но Pursuit Dynamics держит детали в секрете. «Мы знаем ответ», — говорит Майк Тодман, главный технический директор компании, который ранее был главным инженером подразделения судовых двигателей Rolls-Royce. Но он говорит, что это не будет раскрыто, пока не будут выданы патенты.

Пар для привода вырабатывается в небольшом котле, работающем на дизельном или бензиновом топливе. Если привод используется для обеспечения движения корабля, котел может отводить отработанное тепло от обычных двигателей. При необходимости может питаться морской водой.

Котел может быть изготовлен из коррозионно-стойких материалов, и если пар будет течь достаточно быстро, он удалит любые другие отложения. Без движущихся внутренних частей и гребного винта двигатель должен быть дешевым в производстве. Кроме того, он прочный и легко справляется с попаданием водорослей или веревки в входное отверстие.

Вода, выходящая из двигателя, теплее всасываемой не более чем на 3–4 °C, поэтому опасность ожога отсутствует. А поскольку он не пропускает масло, как обычные подвесные моторы, и не имеет гребного винта, который может повредить крупных морских существ, он должен наносить меньший ущерб окружающей среде.

Паровой привод также может работать как чрезвычайно прочный насос. Он может перекачивать воду, сточные воды или масло, и на демонстрации New Scientist Тодман засунул во входное отверстие большое количество сала и картона, при этом насос не пострадал. Он может даже смешивать материалы, используемые в пищевой промышленности. «Он не просто смешивается — он мацерируется», — говорит Тодман.

Pursuit Dynamics сама не планирует производить двигатель. Вместо этого компания надеется к концу года получить лицензии на его производство у других производителей.

паровой двигатель | Определение, история, влияние и факты

паровой двигатель

Посмотреть все СМИ

Ключевые люди:

Роберт Фултон
Джеймс Ватт
Оливер Эванс
Ричард Тревитик
Джордж Стефенсон

Похожие темы:

кочегар
паровой двигатель Корлисса
паровая машина ватт
паровая машина высокого давления
паровой плуг

Просмотреть весь связанный контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

паровая машина машина, использующая силу пара для выполнения механической работы за счет тепла.

Далее следует краткое описание паровых двигателей. Для полного описания энергии и производства пара, а также паровых двигателей и турбин, см. Преобразование энергии: Паровые двигатели .

Британская викторина

Энергия и ископаемое топливо

От ископаемого топлива и солнечной энергии до электрических чудес Томаса Эдисона и Николы Теслы — мир живет за счет энергии. Используйте свои природные ресурсы и проверьте свои знания об энергии в этой викторине.

В паровой машине горячий пар, обычно подаваемый котлом, расширяется под давлением, и часть тепловой энергии превращается в работу. Остальному теплу можно позволить уйти, или, для максимальной эффективности двигателя, пар можно сконденсировать в отдельном аппарате, конденсаторе, при сравнительно низких температуре и давлении. Для достижения высокой эффективности пар должен проходить через широкий диапазон температур в результате его расширения в двигателе. Наиболее эффективная работа, т. е. наибольшая производительность по отношению к подведенному теплу, обеспечивается за счет использования низкой температуры конденсатора и высокого давления в котле. Пар можно дополнительно нагреть, пропустив его через пароперегреватель на пути от котла к двигателю. Обычный пароперегреватель представляет собой группу параллельных труб, поверхность которых подвергается воздействию горячих газов топки котла. С помощью пароперегревателей пар может быть нагрет выше температуры, при которой он производится кипящей водой.

В паровом двигателе поршневого и цилиндрового типа пар под давлением подается в цилиндр с помощью клапанного механизма. Когда пар расширяется, он толкает поршень, который обычно соединен с кривошипом на маховике для создания вращательного движения. В двигателе двойного действия пар из котла поступает попеременно к каждой стороне поршня. В простой паровой машине расширение пара происходит только в одном цилиндре, тогда как в составной машине имеется два или более цилиндров увеличивающегося размера для большего расширения пара и повышения эффективности; первый и самый маленький поршень приводится в действие начальным паром высокого давления, а второй — паром более низкого давления, выходящим из первого.

В паровой турбине пар выбрасывается с высокой скоростью через сопла, а затем проходит через ряд неподвижных и движущихся лопастей, заставляя ротор двигаться с высокой скоростью. Паровые турбины более компактны и обычно допускают более высокие температуры и большую степень расширения, чем поршневые паровые двигатели. Турбина является универсальным средством, используемым для выработки большого количества электроэнергии с помощью пара.

Джеймс Уатт: паровой двигатель

Посмотреть все видео к этой статье

Первыми паровыми двигателями были научные новинки Героя Александрийского в 1 веке н.э., такие как эолипил, но только в 17 веке были предприняты попытки использовать пар для практических целей. В 1698 году Томас Савери запатентовал насос с ручными клапанами для подъема воды из шахт за счет всасывания, создаваемого конденсирующимся паром. Примерно в 1712 году другой англичанин, Томас Ньюкомен, разработал более эффективную паровую машину с поршнем, отделяющим конденсирующийся пар от воды. В 1765 году Джеймс Уатт значительно усовершенствовал двигатель Ньюкомена, добавив отдельный конденсатор, чтобы избежать нагрева и охлаждения цилиндра при каждом такте. Затем Уатт разработал новый двигатель, который вращал вал вместо простого движения насоса вверх-вниз, и добавил много других улучшений, чтобы создать практическую силовую установку.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подписаться сейчас

Громоздкий паровой вагон для дорог был построен во Франции Николасом-Жозефом Кюньо еще в 1769 году. Ричард Тревитик в Англии первым использовал паровой вагон на железной дороге; в 1803 году он построил паровоз, который в феврале 1804 года совершил успешный пробег по маршруту конки в Уэльсе. Адаптация парового двигателя к железным дорогам стала коммерчески успешной с Rocket 9.0066 английского инженера Джорджа Стефенсона в 1829 году. Первым практичным пароходом был буксир Charlotte Dundas, , построенный Уильямом Саймингтоном и опробованный на канале Форт и Клайд в Шотландии в 1802 году.