СЦБИСТ - железнодорожный форум, блоги, фотогалерея, социальная сеть - Паровые машины какими они были и когда вернутся

Паровые машины какими они были и когда вернутся

Первый дирижабль с паровым двигателем поднялся в небо в 1853 году. В 1867 появился и первый мотоцикл. При этом пар двигал вперед не только транспорт, но и всю промышленность в целом.

Однако в первой половине 20 века паровые машины практически исчезли. Почему это случилось и есть ли у них шанс вернуться, об этом мы сегодня и поговорим. Друзья, всем привет! Это 11 серия цикла Эволюция узлов и агрегатов техники и тема сегодняшнего видео – паровые машины.

Паровая машина – это тепловой двигатель, преобразующий энергию перегретого водяного пара в механическую работу, то есть заставляет что-то двигаться или крутиться. Паровых машин бывает несколько типов. Первый – классическая поршневая.

В ней горячий пар поступает в цилиндр и давит на поршень, толкая его вперед и назад. Кривошипно-шатунный механизм, связанный с поршнем, преобразует его возвратно-поступательное движение во вращение вала. Такие двигатели устанавливались на паровозы, речные пароходы, дорожные тягачи, тракторы и катки.

Второй тип – паровая турбина. В ней пар под высоким давлением подается через узкие сопла прямо на изогнутые лопатки турбины и раскручивает ее. Такие машины работают на теплоэлектростанциях по всему миру до сих пор.

Третий тип – роторные поршневые машины. В них пар сразу вращает ротор. Но дальше экспериментов такие установки не пошли.

В транспорте использовались в основном поршневые паровые машины. Норт-ривер Стимбот, чаще называемый просто Клирмант, один из первых коммерчески успешных пароходов в истории. Его построили в 1807 году на судостроительной верфи в Нью-Йорке.

Проект создал американский инженер и изобретатель Роберт Фултон. По современным оценкам судно было около 46 метров в длину, 4 метра в ширину с осадкой примерно полметра. На борту стояла паровая машина английской фирмы Bolton & Watt мощностью 20 лошадиных сил.

Максимальная скорость движения около 8 узлов или примерно 15 км в час. Появление такого судна стало настоящим прорывом. Путешествие по Гудзону от Нью-Йорка до Албании раньше занимало 4 дня, а теперь сократилось втрое.

И главное, время в пути больше не зависело ни от течения, ни от ветра. Точная судьба именно этого судна неизвестна. Одни источники говорят, что его перестроили, другие утверждают, что просто переименовали.

Но одно известно точно. Уже через несколько лет на Гудзоне работали десятки подобных машин. Locomotion No.1 – это паровоз, созданный компанией Stephenson специально для железнодорожной ветки Stockton-Darlington в 1825 году.

Именно название этого устройства является прародителем слова «локомотив». Согласно британским источникам, машина имела горизонтальный трехметровый паровой котел и двухцилиндровую паровую машину. Вес паровоза превышал 6,5 тонн.

Диаметр ведущих колес составлял 1,2 метра. Мощность установки – 8 л.с. На испытаниях паровоз буксировал состав весом около 80 тонн и развивал скорость порядка 13 км в час. Для начала 1820-х это было впечатляющим результатом.

Однако эксплуатация машины была недолгой. В 1828 году у нее взорвался котел. Локомотив, конечно, восстановили, но индустрия развивалась столь стремительно, что за время ремонта паровоз просто устарел.

Вскоре после возвращения в строй от работы его отстранили. А в 1841-м Locomotion No.1 и вовсе стал памятником, и на протяжении следующих 150 лет выезжал на линию только по большим праздникам. Первый паровой экскаватор создал американский инженер по имени Уильям Смит-Оттис.

Было это в 1835 году. Машина устанавливалась на железнодорожной платформе и состояла из вертикального котла, паровой машины, лебедки, стрелы и ковша. Объем ковша составлял около 1 кубометра.

Открывание ковша и поворот стрелы производились вручную. Эти операции были механизированы позже. По расчетам специалистов, производительность землеройной машины достигала 380 кубометров грунта за смену.

Это было на порядок больше, чем могла выкопать даже самая опытная бригада рабочих за день. Экскаватор быстро нашел применение на строительстве железных дорог и каналов. Фактически эта концепция стала прародителем всех будущих одноковшовых землеройных машин.

Сам Оттис умер молодым, поэтому точное число построенных им экскаваторов неизвестно. Источники называют цифры от нескольких единиц до нескольких десятков. Но к середине 19 века на землеройных работах по всему миру трудились уже сотни подобных машин.

Первым летательным аппаратом с механическим приводом стал дирижабль французского изобретателя по имени Анри Жефар. Он был построен в 1852 году и представлял собой наполненный водородом баллон длиной около 44 метров. Под баллоном располагалась гондола с паровой машиной мощностью порядка 3 лошадиных сил.

Вся силовая установка вместе с котлом и топливом весила 150 килограммов. Для уменьшения риска воспламенения водорода отработанный пар отводился вниз по длинной трубе, а топочная дверца была окружена металлической сеткой. 24 сентября 1852 года дирижабль поднялся в воздух.

Он пролетел 27 километров примерно за 3 часа. Но мощность машины для борьбы с воздушными потоками оказалась недостаточной и вернуться к точке старта ей не удалось. Больше в небо паровые дирижабли не поднимались.

-

Попробуйте РЖДТьюб - видеохостинг для железнодорожников!

К середине 19 века паровые машины были известны уже более 50 лет. Они активно применялись для привода станков, водяных насосов и мельниц. Помимо стационарных двигателей к этому времени появились и мобильные версии, которые можно было перемещать с помощью лошадей.

Британский инженер Томас Эвелинг считал, что использовать для этого животных неправильно. Гораздо лучше, чтобы двигатели передвигались сами по себе. А еще лучше, если бы они перевозили груз.

В 1859 году Эвелинг переделал портативный двигатель Clayton N Shuttleworth, добавив между валом машины и задними колесами приводную цепь. И в результате он создал первый в мире коммерчески успешный самоходный паровой тягач. Была, конечно, до этого и машина французского инженера Куньё, но она, как мы помним, в серию не пошла.

Машины Эвелинга использовались для перевозки грузов, сельхозорудий и приводы сельхозмашин и стали прародителем дорожных локомобилей, паровых тракторов и катков. Британская компания Thomas Smith & Sons производство кранов освоила в 1840 году. К 1860 она перешла и на паровые модели.

Одним из ранних образцов является самоходный железнодорожный поворотный кран грузоподъемностью 5 тонн. Конструкция была довольно сложной. В задней части располагался вертикальный котел.

Привод барабанов осуществлялся двухцилиндровой паровой машиной. Один барабан отвечал за подъем груза, второй за изменение угла наклона стрелы. Отдельный механизм обеспечивал поворот всей установки вокруг вертикальной оси.

Паровой привод позволил не только поднимать грузы значительно большей массы, чем вручную, но и совмещать операции подъема и поворота. Это значительно ускорило работу на железнодорожных узлах и портах. Во второй половине 19 века компания выпустила сотни таких машин.

Одним из претендентов названия первого мотоцикла является паровелосипед американца по имени Сильвестер Ропер. В конце 1860 он построил двухколесную машину с деревянной рамой и двумя колесами, к которой прикрепил компактный двухцилиндровый паровой двигатель с котлом. Котел сжигал уголь или кокс, вода нагревалась, пар под давлением подавался в два небольших цилиндра, которые через кривошипы вращали заднее колесо.

Управление подачей пара и тормозом было реализовано через руль. Поворот рукояток руля вперед открывал паровой клапан, назад приводил в действие тормоз на переднем колесе. Всего было разработано несколько моделей.

Точные характеристики первых вариантов неизвестны, последние могли разгоняться до 65 километров в час. В 1896 году Сильвестер Ропер умер, больше к теме паровых мотоциклов всерьез никто не возвращался. Locomobile Company of America выпуск паровых автомобилей освоила в 1899 году.

Одним из типичных представителей стала машина, получившая название Locomobile Stanhope. В качестве силовой установки на ней использовалась двухцилиндровая паровая машина двойного действия, мощностью 5 лошадиных сил. Котел располагался под передней частью кузова и работал на жидком топливе – нафте.

Объем топливного бака составлял 19 литров, что обеспечивало запас хода в несколько десятков километров. Машина была 2,2 метра в длину и 1,5 метра в ширину. Колесная база – около 170 см.

Максимальная скорость движения – 40 км в час. Преимуществом парового автомобиля были плавность хода и высокий крутящий момент. Недостатки – долгий нагрев котла, необходимость следить за уровнем воды и давлением пара, риск возгорания и взрыва.

С появлением дешевых бензиновых машин Stanhope быстро потерял актуальность. За весь период производства было изготовлено около 300 штук. Британская Edwin Fodden Sands & Company к концу XIX века уже имела опыт производства стационарных и сельскохозяйственных паровых машин.

Ослабление ограничений по скорости и массе транспортных средств, действующее до этого долгие годы, открыло дорогу и паровым грузовикам. Выпущенный в 1901 году автомобиль оснащался вертикальной двухцилиндровой паровой машиной, расположенным перед кабиной паровым котлом и имел грузоподъемность около 3 тонн. Максимальная скорость движения при этом составляла 19 км в час.

На испытаниях Fodden показал высокую экономичность и легко обходил своих бензиновых конкурентов, однако в итоговом протоколе он занял второе место, формально из-за худшей проходимости вне дорог. Однако зрители и часть прессы победителем считали именно Fodden. Компания выпускала паровые грузовики до 1934 года, затем она перешла на дизель.

Французские подводные лодки типа Плювиос это скорее гибриды. Под водой они шли на электрической тяге при всплытии на паровой. Проект был разработан инженером по имени Максим Лаубов.

Лодки строились для французского флота в период с 1905 по 1910 год. Машины имели корпус около 50 м в длину, 5 м в ширину и приводились в движение двумя трехцилиндровыми паровыми машинами мощностью по 350 л.с. Под водой лодка переходила на два электродвигателя мощностью 230 л.с. Питание при этом шло от аккумуляторных батарей. Экипаж 25 человек.

Расчетная скорость от 8 до 12 узлов. Запас хода на поверхности около 1500 км, под водой около 130 км. Вооружение 6 внешних торпед.

Во время эксплуатации судна выяснилось, что паровая установка на боевой подводной лодке это неудобно. Длительный запуск после всплытия, длительная его остановка перед погружением, ну и конечно же дым. Тем не менее, за 5 лет производства было изготовлено 18 штук.

Пожалуй самая экзотическая машина в сегодняшнем видео – самолет братьев Бесслер. В 1933 году они установили паровую установку на серийный Travel Air 2000. Зачем? Чтобы попробовать сэкономить.

По данным Национального воздушно-космического музея США двигатель имел мощность 150 лошадиных сил, массу порядка 230 кг и работал на мазуте и керосине. Летные характеристики самолета с паровой установкой ничуть не уступали бензиновой машине. Крейсерская скорость порядка 160 км в час, запас хода 600 км, взлет и набор высоты с того же разбега, плюс возможность реверсировать тягу для торможения при посадке за счет реверса двигателя.

Но самое интересное, что самолет практически не было слышно с земли. В итоге экономические и эксплуатационные плюсы, на которые рассчитывали разработчики, не перевесили сложность эксплуатации паровой установки. Самолет сделал несколько рейсов и отправился в музей.

Разнообразие машин в сегодняшнем видео показывает, что пар, как рабочее тело, применялся практически везде. Тем не менее, в начале 20 века от паровых установок практически ушли. Причин здесь несколько.

Во-первых, низкий КПД. Сколько ни старались инженеры, но превысить КПД в 10-15%, они так и не смогли. Значительная часть энергии буквально уходила в трубу.

При этом для запуска требовался продолжительный нагрев, а это значит десятки минут ожидания перед выходом техники на маршрут. Во-вторых, трудоемкость и инфраструктура. Осмотр, растопка, удаление золы, контроль уровня воды и чистка, все это требует большого количества времени и персонала.

Исследования показали, что эксплуатационные расходы у дизель-электрических локомотивов гораздо ниже. То же самое касается и паровых тракторов и грузовиков. В-третьих, социальные факторы.

Горожанам дым, копоть и искры от паровых экипажей порядком надоели. Так что когда появился бензиновый и дизельный транспорт, общественность восприняла это как шаг к чистоте. Однако сегодня мы знаем, что двигатели внутреннего сгорания являются одним из главных источников загрязнения атмосферы.

Есть ли будущее у паровых машин? Тут важно различать два понятия. Будущая пара вообще и будущее классических паровых машин, о которых шла речь выше. Если смотреть на энергетику в целом, пар не то чтобы ушел.

Наоборот, почти все крупные тепловые электростанции, угольные, газовые, атомные по-прежнему используют турбины как основной механизм превращения тепла в электричество. Современные турбо-агрегаты достигают КПД в 60%. Здесь возвращение не требуется.

Пар и так в центре технологии. Пар в современном транспорте? Периодически появляются проекты паровых двигателей с повышенным давлением, перегревом, автоматикой подачи топлива и воды, рассчитанных на автомобили, локомотивы и небольшие суда. Эксперименты энтузиастов показывают, что по КПД такие установки вполне могут приближаться к хорошему дизелю, а по выбросам, при грамотном сжигании топлива, быть достаточно экологичными.

Но сложность, стоимость и отсутствие инфраструктуры не дают полноценно развиться этому направлению. Если строго опираться на имеющиеся данные, то на горизонте привычной экономической и технической логики массовое возвращение паровых машин на транспорт маловероятно. Однако можно очертить гипотетические сценарии, при которых интерес к ним может возрасти.

Например, в случае резкого дефицита жидких углеводородов, при условии, что доступ к твердому топливу у нас останется. Либо какой-то сценарий апокалипсиса, который часто рисуют в фильмах. Или в условиях, когда массовое производство сложных систем и электроники по каким-то причинам станет невозможным.

А что об этом думаете вы? Пишите ответ в комментариях. На этом на сегодня все. Спасибо за просмотр.

Всем счастья, радости, любви. Пока!