Войти
Паровой вагончик Sentinel-Cammell Передовая технология пара (иногда известная как современный пар ) отражает подход к техническому развитию паровой машины, предназначенный для более широкого круга применений, чем это было в последнее время. Особое внимание было уделено эндемическим проблемам, которые привели к прекращению использования энергии пара в малых и средних коммерческих применениях: чрезмерное загрязнение, затраты на техническое обслуживание, трудоемкая работа, низкое соотношение мощности / веса и низкий общий тепловой КПД; где мощность пара в настоящее время обычно заменена двигателем внутреннего сгорания или электрической энергией, потребляемой из электрической сети. Единственные паровые установки, которые широко используются, - это высокоэффективные тепловые электростанции, используемые для производства электроэнергии в больших масштабах. Напротив, предлагаемые паровые двигатели могут быть стационарными, автомобильными, железнодорожными или морскими.
Хотя большинство ссылок на «современный пар» относится к разработкам, начавшимся с 1970-х годов, некоторые аспекты передовой паровой технологии можно было различить на протяжении всего 20-го века, особенно автоматическое управление котлом наряду с быстрым запуском.
В 1922 году Абнер Добл разработал электромеханическую систему, которая одновременно реагировала на температуру и давление пара, запускала и останавливала подающие насосы, зажигая и отключая горелка в соответствии с давлением котла. Противоточный однотрубный котел имел рабочее давление от 750 psi (5,17 МПа ) до 1200 psi (8,27 МПа ), но в нем было так мало циркулирующей воды, что не было опасности взрыва. Этот тип котлов непрерывно разрабатывался в США, Великобритании и Германии на протяжении 1930-х и до 1950-х годов для использования в легковых автомобилях, автобусах, грузовиках, <176.>железнодорожные вагоны, маневровые локомотивы (США; переключатели ), катер и в 1933 году переоборудованный биплан Travel Air 2000.
В Великобритании Sentinel Waggon Works разработала вертикальный водотрубный котел, работающий под давлением 275 psi (1,90 МПа ), который был использован в автотранспортных средствах, маневровых локомотивах и железнодорожных вагонах. Поднимать пар можно было гораздо быстрее, чем с помощью обычного локомотивного котла.
Были проведены испытания конденсационной системы Андерсона на Южной железной дороге (Великобритания) между 1930 и 1935 годами. Конденсаторный аппарат не получил широкого распространения на паровозах из-за дополнительной сложности и веса, но он предлагает четыре потенциальных преимущества:
В конденсационной системе Anderson используется процесс, известный как механическая рекомпрессия пара. Он был разработан морским инженером Глазго. Теория заключалась в том, что, удалив около 600 из 970 британских термических единиц, присутствующих в каждом фунте пара (1400 из 2260 килоджоулей в каждом килограмм ), можно было бы вернуть отработанный пар в котел с помощью насоса, который потреблял бы лишь 1-2% выходной мощности двигателя. Между 1925 и 1927 годами Андерсон и другой инженер из Глазго (в некоторых источниках упоминается МакКаллум) провели эксперименты на стационарной паровой установке с обнадеживающими результатами. Была образована компания Steam Heat Conservation (SHC), и на электростанции Surbiton была организована демонстрация системы Андерсона.
Компания SHC была заинтересована в применении системы на железнодорожном локомотиве и связалась с Ричардом Маунселлом из Южной железной дороги. Маунселл попросил провести контролируемое испытание в Сурбитоне, и это было сделано примерно в 1929 году. Присутствовал технический помощник Маунселла, Гарольд Холкрофт, и была зафиксирована экономия топлива на 29%, по сравнению к обычной атмосферной работе. Южные железные дороги переоборудовали локомотив A816 (позднее 1816 и 31816) класса SECR N класса в систему Андерсона в 1930 году. Локомотив прошел испытания, и первые результаты обнадеживают. Сообщается, что после тяжелого испытания от Истли до вершины Личфилд Холкрофт сказал:
«Обычным способом это вызвало бы много шума и облака пара, но с установкой конденсации в действии это было все поглощается с легкостью, с которой снег растает в печи! Двигатель был бесшумным, как электровоз, и единственные слабые шумы были из-за легкого стука штоков и небольшого удара по сальнику поршня. Это нужно было испытать можно было бы поверить; если бы регулятор был широко открыт, а реверсивный механизм был полностью перевернут, можно было бы представить, что второй двигатель (LSWR T14 class, который был предоставлен в качестве резервного) приводил в движение первый
Испытания продолжались до 1934 года, но возникли различные проблемы, и дальше проект не пошел. Локомотив был преобразован в стандартную форму в 1935 году.
Работа французского инженера-механика Андре Чапелона по применению научного анализа и стремлению к тепловому КПД была ранний пример передовой паровой технологии. Протеже Чапелона Ливио Данте Порта продолжил работу Чапелона.
В послевоенные годы в конце 1940-х и 1950-х годах некоторые конструкторы работали над модернизацией паровозов. аргентинский инженер Ливио Данте Порта при разработке стефенсонских железнодорожных локомотивов с использованием передовых паровых технологий был предшественником движения «Современный пар» 1948 года. Порта очень предпочитал конструировать новые локомотивы, но на практике ему чаще приходилось радикально обновлять старые, чтобы включить в них новую технологию.
В Великобритании класс лидеров SR ок. 1949 г., автор Оливер Буллейд и паровозы класса Standard 1950-х годов компании British Rail Роберта Риддлза, в частности BR стандартного класса 9F, были использованы для испытаний новые конструктивные особенности паровоза, в том числе котел Franco-Crosti. Переехав в Ирландию, Bulleid также разработал CIÉ No. CC1, который имел много новых функций.
Лекция сэра Бискоу Триттона, прочитанная Роджером Уоллером из компании DLM в Институте инженеров-механиков в 2003 году, дает представление о том, как возникают проблемы в паровой энергетике. Валлер в основном ссылается на некоторые зубчатые реечные железнодорожные локомотивы, которые были построены заново с 1992 по 1998 год. Они были разработаны для трех компаний в Швейцарии и Австрии и продолжали работать на двух из этих линий по состоянию на 2008 год. новые паровозы сжигают тот же сорт легкого топлива, что и их дизельные аналоги, и все они демонстрируют те же преимущества, заключающиеся в доступности и снижении затрат на рабочую силу; в то же время было показано, что они значительно снижают загрязнение воздуха и почвы. Их экономическое превосходство означало, что они в значительной степени заменили тепловозы и железнодорожные вагоны, ранее использовавшиеся на линии; Кроме того, туристической достопримечательностью являются паровозы.
Параллельной линией развития было возвращение к паровой силе старого лопастного парохода «Женевское озеро» Montreux, который в 1960-х годах был переоборудован дизель-электрическим двигателем. Экономические цели, аналогичные тем, которые были достигнуты с реечными локомотивами, преследовались за счет автоматического управления дизельным котлом и дистанционного управления двигателем с мостика, что позволяло управлять пароходом такой же командой, как теплоход..
Энергоблок, основанный на передовой паровой технологии, сжигающий ископаемое топливо, неизбежно будет выделять углекислый газ, длительное время парниковый газ. Тем не менее, значительное снижение, по сравнению с другими технологиями сжигания, других загрязнителей, таких как CO и NOx, достижимо с помощью паровой технологии, которая не предполагает взрывного горения, без необходимости в дополнительных приспособлениях, таких как фильтры. и т. д. или специальная подготовка топлива.
Если используется возобновляемое топливо, такое как древесина или другое биотопливо, тогда система может быть углеродно-нейтральной. Использование биотоплива остается спорным; однако жидкое биотопливо легче производить для паровых установок, чем для дизелей, поскольку они не требуют строгих стандартов на топливо, необходимых для защиты дизельных форсунок.
Было высказано предположение, что при наличии достаточной солнечной энергии соединения кремния - или даже обычная биомасса, перерабатываемая в твердое топливо посредством торрефикации - могут доработать для использования в качестве замены угля для этого типа двигателя.
В принципе, сжигание и выдача мощности паровой установки можно рассматривать как отдельные стадии. В то время как высокий общий тепловой КПД может быть труднодостижимым, в основном из-за дополнительной стадии генерации рабочего тела между сгоранием и подачей энергии, обусловленной, главным образом, утечками и тепловыми потерями, разделение процессов позволяет решать конкретные проблемы на каждой стадии без каждый раз пересматривая всю систему. Например, котел или парогенератор можно приспособить для использования любого источника тепла, будь то твердое, жидкое или газообразное топливо, и можно использовать отходящее тепло. Каким бы ни был выбор, он не окажет прямого влияния на конструкцию блока двигателя, поскольку он имеет дело только с паром.
Этот проект в основном включает комбинированные системы выработки электроэнергии и отопления для частных домов и небольших деревень, сжигающих древесину или бамбуковую стружку. Предназначен для замены двухтактных оселых двигателей и небольших дизельных электростанций. Резкое снижение уровня шума - одно из непосредственных преимуществ небольшой паровой электростанции. Тед Притчард из Мельбурна, Австралия, интенсивно разрабатывал этот тип устройства с 2002 года до своей смерти в 2007 году. Компания Pritchard Power (ныне Uniflow Power) заявила в 2010 году, что они продолжают разработку стационарного S5000, и что прототип был построен и проходит испытания, а конструкции дорабатываются для продуктов, готовых к продаже.
До 2006 года немецкая компания под названием Enginion активно разрабатывала Steamcell, микро-ТЭЦ устройство размером с ПК в корпусе для домашнего использования. Похоже, что к 2008 году она объединилась с берлинской компанией AMOVIS.
С 2012 года французская компания EXOES продает промышленным фирмам запатентованный двигатель цикла Ренкина, который разработан для работы со многими видами топлива, такими как концентрированная солнечная энергия, биомасса или ископаемое. Система, получившая название «SHAPE» от Sustainable Heat And Power Engine, преобразует тепло в электричество. Механизм SHAPE подходит для встроенных и стационарных приложений. Двигатель SHAPE интегрирован в котел, работающий на биомассе, и в систему Концентрированной солнечной энергии. Компания планирует работать с производителями автомобилей, грузовиков дальнего следования и железнодорожными корпорациями.
Аналогичное устройство продается Powertherm, дочерней компанией Spilling (см. Ниже).
Компания в Индии производит парогенераторы в диапазоне мощности от 4 до 50 л.с. Они также предлагают ряд различных мельниц, которые могут приводиться в действие их двигателями.
Что касается технологии, обратите внимание, что Квазитурбина - это ротационная паровая машина с прямоточным потоком, в которой пар поступает в горячие зоны, а выхлоп - в холодных.
И снова бесшумная работа - это непосредственная выгода, которую искал в этой области, потенциал, признанный Тедом Притчардом, но пока ничего примечательного не появилось.
Компания Spilling производит различные небольшие стационарные стационарные установки, адаптированные для сжигания биомассы или энергии, получаемой за счет сбросного тепла или рекуперации давления.
Финская компания Компания Steammotor Finland разработала небольшую роторную паровую машину, работающую с парогенератором мощностью 800 кВт. Планируется, что двигатели будут вырабатывать электроэнергию на электростанциях, работающих на древесной щепе. По данным компании, паровой двигатель под названием Quadrum обеспечивает КПД 27% и работает с паром 180 ° C при давлении 8 бар, в то время как соответствующая паровая турбина обеспечивает КПД всего 15%, требует температуры пара 240 ° C и давления 40 бар. Высокая эффективность достигается за счет запатентованного кривошипно-шатунного механизма, который обеспечивает плавный безимпульсный крутящий момент. Компания считает, что за счет дальнейшего развития строительства можно достичь высокого КПД 30–35%.
Во время первого нефтяного кризиса 1970-х годов был проведен ряд исследований в области пара. Технология была инициирована крупными автомобильными корпорациями, хотя, когда кризис утих, импульс вскоре был утерян.
австралийский инженер Тед Притчард с конца 1950-х до 1970-х гг. Основное направление исследований было построение нескольких эффективных паровых силовых установок, работающих на однопоточной системе, адаптированной для небольшого грузовика и двух легковые автомобили. Один из автомобилей имел самые низкие показатели выбросов на тот момент.
IAV, берлинская научно-исследовательская компания, которая позже разработала Steamcell, в течение 1990-х годов работала над одноцилиндровым двигателем ZEE (Zero Emission Engine), за которым последовал компактный 3-цилиндровый EZEE (Equal-to- Двигатель с нулевым уровнем выбросов), предназначенный для установки в моторном отсеке небольшого семейного седана Škoda Fabia. Во всех этих двигателях широко использовались беспламенные керамические тепловые элементы как для парогенератора, так и в стратегических точках наддува, где пар вводился в цилиндр (цилиндры).
Cyclone Power Technologies из Помпано-Бич, Флорида, запатентовала Cyclone Mark V Engine, компактный шестицилиндровый радиальный паровой двигатель со встроенным парогенератором и конденсатором. Предполагается, что двигатель будет производить 100 л.с. при 3600 об / мин, хотя по состоянию на 2 января 2015 года Cyclone Power Technologies еще не поставила работающий двигатель заказчику и не представила публичную демонстрацию работы своего двигателя. Двигатель был продвинут для использования в гоночных автомобилях, чтобы установить рекорд наземной скорости для паровых транспортных средств и полностью топливный двигатель для привода вилочных погрузчиков.
И 52 8055, и предлагаемый 5AT имеют обычную компоновку, с кабиной сзади, а у ACE 3000 кабина расположена спереди. Возможны другие подходы, особенно при сжигании жидкого топлива. Например:
Локомотив Sentinel-Cammell Еще одно предложение по усовершенствованной паровой технологии - возродить беспламенный локомотив, который работает на накопленном паре, самостоятельно генерируемом заранее. Примером является проект солнечного парового поезда в Сакраменто, Калифорния.
