Передовая паровая технология
 | Эту статью может потребовать очистки Википедии , чтобы она соответствовала стандартам качества . Конкретная проблема заключается в следующем: неясный объем. ( Май 2024 г. ) |
Передовая паровая технология (иногда известная как современный пар ) отражает подход к техническому развитию парового двигателя, предназначенного для более широкого спектра применений, чем это было в последнее время. Особое внимание было уделено местным проблемам, которые привели к упадку паровой энергии в малых и средних коммерческих целях: чрезмерное загрязнение, затраты на техническое обслуживание, трудоемкая работа, низкое соотношение мощности и веса и низкий общий тепловой КПД ; где энергия пара в настоящее время, как правило, заменена двигателем внутреннего сгорания или электрической энергией, получаемой из электрической сети . Единственными паровыми установками, получившими широкое распространение, являются высокоэффективные тепловые электростанции, используемые для выработки электроэнергии в больших масштабах. Напротив, предлагаемые паровые двигатели могут быть стационарными, автомобильными, железнодорожными или морскими.
Улучшение паровой тяги
[ редактировать ]Хотя большинство упоминаний о «современном паре» относится к разработкам, начиная с 1970-х годов, некоторые аспекты передовых паровых технологий можно различить на протяжении всего 20-го века, в частности, автоматическое управление котлом и быстрый запуск.
Эбнер Добл
[ редактировать ]В 1922 году Абнер Добль разработал электромеханическую систему, которая одновременно реагировала на температуру и давление пара, запуская и останавливая питательные насосы, одновременно зажигая и выключая горелку в зависимости от давления в котле. [1] Противопоточный однотрубный котел имел рабочее давление 750–1200 фунтов на квадратный дюйм (5,17–8,27 МПа ), но содержал в обращении настолько мало воды, что не представлял риска взрыва. Этот тип котла постоянно разрабатывался в США, Великобритании и Германии на протяжении 1930-х и до 1950-х годов для использования в легковых автомобилях , автобусах , грузовиках , железнодорожных вагонах , маневровых локомотивах (США; стрелочные переводы ), скоростных катерах и, в 1933 году, переоборудованном Travel Биплан Air 2000 . [2] [3]
Страж
[ редактировать ]В Великобритании компания Sentinel Waggon Works разработала вертикальный водотрубный котел, работающий при давлении 275 фунтов на квадратный дюйм (1,90 МПа ), который использовался в дорожных транспортных средствах, маневровых локомотивах и железнодорожных вагонах. Пар можно было поднять гораздо быстрее, чем с помощью обычного паровозного котла .
Андерсон и Холкрофт
[ редактировать ]Испытания конденсационной системы Андерсона на Южной железной дороге (Великобритания) проходили в 1930–1935 годах. [4] Конденсационный аппарат не получил широкого распространения на паровозах из-за дополнительной сложности и веса, но он предлагает четыре потенциальных преимущества:
- Улучшенная тепловая эффективность
- Снижение потребления воды
- Снижение затрат на обслуживание котла для известкового налета удаления
- Пониженный шум
В конденсационной системе Андерсона используется процесс, известный как механическая рекомпрессия пара . Его разработал из Глазго морской инженер Гарри Персиваль Харви Андерсон . [5] Теория заключалась в том, что, удалив около 600 из 970 британских тепловых единиц, присутствующих в каждом фунте пара (1400 из 2260 килоджоулей в каждом килограмме ), можно будет вернуть отработанный пар в котел с помощью насоса, который будет потреблять всего 1–2% от выходной мощности двигателя. Между 1925 и 1927 годами Андерсон и другой инженер из Глазго Джон МакКаллум (в некоторых источниках упоминается МакКаллум) провели эксперименты на стационарной паровой установке с обнадеживающими результатами. Была создана компания Steam Heat Conservation (SHC) и организована демонстрация системы Андерсона на электростанции Сурбитон. [4] [6]
Компания SHC была заинтересована в применении этой системы на железнодорожном локомотиве и связалась с Ричардом Маунселлом из Южной железной дороги. Маунселл попросил провести контролируемые испытания в Сурбитоне технический помощник Маунселла, Гарольд Холкрофт , и это было сделано примерно в 1929 году. Присутствовал , и была зафиксирована экономия топлива на 29% по сравнению с обычной работой в атмосфере. Южная железная дорога переоборудовала локомотив класса SECR N номер A816 (позже 1816 и 31816) в систему Андерсона в 1930 году. Локомотив прошел испытания, и первые результаты были обнадеживающими. Сообщается , что после тяжелого испытания от Истли до саммита Личфилд Холкрофт сказал:
«Обычно это создавало бы много шума и клубов пара, но с включенной конденсационной установкой все это поглощалось с той легкостью, с которой тает снег в печи! Двигатель работал тихо, как электровоз, а только слабые шумы были вызваны легким постукиванием шатунов и небольшим ударом по поршневому сальнику, чтобы поверить в это, если бы регулятор не был широко открыт и реверс не находился далеко позади, можно было бы подумать, что это второй двигатель; ( класс LSWR T14 , который был предоставлен в качестве резервного) двигал первый». [7]
Испытания продолжались до 1934 года, но возникли различные проблемы, в основном с вентилятором принудительной тяги , и дальше проект не пошел. [4] Локомотив был преобразован обратно в стандартный вид в 1935 году. [8]
Андре Шапелон
[ редактировать ]Работа французского инженера-механика Андре Шапелона по применению научного анализа и стремлению к тепловой эффективности была ранним примером передовой паровой технологии. [9] [10] Протеже Chapelon Ливио Данте Порта продолжил дело Chapelon. [9]
Ливио Данте Порта
[ редактировать ]Послевоенные, в конце 1940-х и 1950-х годах некоторые конструкторы работали над модернизацией паровозов. Аргентинский разработавший инженер Ливио Данте Порта, стефенсоновские железнодорожные локомотивы с использованием передовых паровых технологий, был предшественником движения «Современный пар» с 1948 года. [11] : 3–6 Там, где это было возможно, Порта предпочитал проектировать новые локомотивы, но на практике чаще всего ему приходилось радикально обновлять старые, чтобы внедрить новые технологии.
Буллейд и загадки
[ редактировать ]В Великобритании класс лидеров эсеров ок. 1949 год Оливера Буллейда и паровозы класса «Стандарт» British Rail 1950-х годов Роберта Риддлса , в частности BR Standard Class 9F , использовались для испытания новых конструктивных особенностей паровозов, включая котел Франко-Крости . Переехав в Ирландию , Буллейд также разработал CIÉ No. CC1 , который имел множество новых функций.
Достижение целей
[ редактировать ]Лекция сэра Биско Триттона, прочитанная Роджером Уоллером из компании DLM [12] в Институт инженеров-механиков в 2003 году. [13] дает представление о том, как решаются проблемы в паровой энергетике. Уоллер в основном имеет в виду некоторые реечные локомотивы горных железных дорог, которые были недавно построены в период 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. [update]. Новые паровозы сжигают тот же сорт светлого топлива, что и их дизельные аналоги, и все они демонстрируют те же преимущества: доступность и снижение затрат на рабочую силу; в то же время было доказано, что они значительно снижают загрязнение воздуха и почвы. Их экономическое превосходство означает, что они в значительной степени заменили тепловозы и железнодорожные вагоны, которые ранее эксплуатировали линию; кроме того, паровозы являются туристической достопримечательностью.
Параллельным направлением развития было возвращение к паровой энергии старого » по Женевскому озеру колесного парохода « Монтрё , который был переоборудован дизель-электрическим двигателем в 1960-х годах. [14] Экономические цели, аналогичные тем, которые достигались с реечными локомотивами, преследовались за счет автоматического управления дизельным котлом и дистанционного управления двигателем с мостика, что позволяло управлять пароходом экипажем того же размера, что и теплоход. .
Углеродная нейтральность
[ редактировать ]Энергоблок, основанный на передовой паровой технологии, сжигающий ископаемое топливо, неизбежно будет выделять углекислый газ длительного действия , парниковый газ . Однако с помощью пара можно достичь значительного сокращения выбросов других загрязняющих веществ, таких как CO и NO x, по сравнению с другими технологиями сжигания, поскольку он не предполагает взрывного сжигания, [15] таким образом устраняется необходимость в дополнительных устройствах (например, фильтрах) или специальной подготовке топлива.
Если используется возобновляемое топливо, такое как древесина или другое биотопливо , то система может быть углеродно-нейтральной . Использование биотоплива остается спорным; однако жидкое биотопливо легче производить для паровых установок, чем для дизелей, поскольку оно не требует строгих стандартов топлива, необходимых для защиты дизельных форсунок.
Преимущества передовой паровой технологии
[ редактировать ]В принципе, сжигание и выдачу мощности паровой установки можно рассматривать как отдельные этапы. Хотя достичь высокого общего термического КПД может оказаться затруднительно, в основном из-за дополнительной стадии генерации рабочего тела между сгоранием и подачей мощности, что связано главным образом с утечками и тепловыми потерями, [11] : 54–61 разделение процессов позволяет решать конкретные проблемы на каждом этапе, не пересматривая каждый раз всю систему. Например, котел или парогенератор можно адаптировать для использования любого источника тепла, полученного из твердого, жидкого или газообразного топлива, и использовать отходящее тепло . Каким бы ни был выбор, он не окажет прямого влияния на конструкцию двигательной установки, поскольку она всегда имеет дело только с паром.
Начало двадцать первого века
[ редактировать ]Небольшой стационарный завод
[ редактировать ]Этот проект в основном включает в себя комбинированные системы производства электроэнергии и отопления для частных домов и небольших деревень, сжигающие дрова или бамбуковую щепу. Он предназначен для замены 2- тактных двигателей и небольших дизельных электростанций. Резкое снижение уровня шума является одним из непосредственных преимуществ небольшой паровой электростанции. Тед Причард из Мельбурна, Австралия, интенсивно разрабатывал этот тип агрегатов с 2002 года до своей смерти в 2007 году. Компания Pritchard Power (ныне Uniflow Power) [16] заявили в 2010 году, что они продолжают разработку стационарного S5000, что прототип был построен и проходит испытания, а конструкции дорабатываются для продуктов, готовых к продаже. [17]
До 2006 года немецкая компания Enginion активно разрабатывала Steamcell — микро-ТЭЦ размером с компьютерную башню для бытового использования. Кажется, к 2008 году она объединилась с берлинской компанией AMOVIS. [18] [19]
С 2012 года французская компания EXOES продает промышленным фирмам запатентованный двигатель с циклом Ренкина , который предназначен для работы со многими видами топлива, такими как концентрированная солнечная энергия, биомасса или ископаемое топливо. Система, получившая название «SHAPE» (сокращенно от Sustainable Heat And Power Engine), преобразует тепло в электричество. Механизм SHAPE подходит для встраиваемых и стационарных приложений. Двигатель SHAPE был интегрирован в котел на биомассе и в систему концентрированной солнечной энергии . Компания планирует работать с производителями автомобилей, магистральных грузовиков и железнодорожными корпорациями. [20]
Аналогичный агрегат продается компанией Powertherm. [21] дочерняя компания Spilling (см. ниже).
Компания в Индии [22] производит паровые генераторы мощностью от 4 до 50 л.с. Они также предлагают ряд различных мельниц, которые могут работать от их двигателей.
Что касается технологии, обратите внимание, что квазитурбина представляет собой прямоточный роторный паровой двигатель, в котором пар всасывается в горячих зонах, а выпускается в холодных.
Небольшая стационарная стационарная установка
[ редактировать ]Компания Spilling производит различные небольшие стационарные стационарные установки, приспособленные для сжигания биомассы или получения энергии из отходящего тепла или рекуперации давления. [23] [24]
Финская компания Steammotor Finland разработала небольшой роторный паровой двигатель, работающий от парогенератора мощностью 800 кВт. Планируется, что двигатели будут производить электроэнергию на электростанциях, работающих на древесной щепе. По данным компании, паровой двигатель Quadrum имеет КПД 27% и работает на паре с температурой 180°C и давлением 8 бар, в то время как соответствующая паровая турбина имеет КПД всего 15%, требует температуры пара 240°C и давления 40 бар. Высокая эффективность обеспечивается запатентованным кривошипно-шатунным механизмом, который обеспечивает плавный, безимпульсный крутящий момент. В компании считают, что за счет дальнейшего развития конструкции есть потенциал достичь такого высокого КПД, как 30–35%. [25]
Использование в автомобилестроении
[ редактировать ]Во время первого нефтяного кризиса 1970-х годов крупные автомобильные корпорации инициировали ряд исследований в области паровых технологий, однако, когда кризис утих, импульс вскоре был утерян.
Австралийский инженер Тед Причард [26] Основным направлением исследований с конца 1950-х до 1970-х годов было создание нескольких эффективных паросиловых агрегатов, работающих по прямоточной системе, адаптированных к небольшому грузовику и двум легковым автомобилям. Один из автомобилей достиг самых низких показателей выбросов на тот момент.
IAV , берлинская научно-исследовательская компания, которая позже разработала Steamcell, в 1990-х годах работала над одноцилиндровым двигателем ZEE (двигатель с нулевым уровнем выбросов), за которым последовал компактный 3-цилиндровый двигатель EZEE (двигатель с нулевым уровнем выбросов). [27] Разработан для размещения 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 впрыскивался в цилиндр(ы).
Использование железных дорог
[ редактировать ]- № 52 8055 , [28] реконструкция существующего локомотива (1943: построен как 52 1649 (DRB); 1962: реконструкция как 52 8055 (DR), 1992: 52 8055 (EFZ - Eisenbahnfreunde Zollernbahn eV), 2003: перестроен и модернизирован как 52 8055 NG (DLM). - паровозостроительный и машиностроительный завод).
- Проект 5АТ , [29] предложение о совершенно новом локомотиве (Великобритания, 2000-е).
- Проект ACE 3000, [30] предложен энтузиастом локомотивов Россом Роулендом во время нефтяного кризиса 1970-х годов. Локомотив будет выглядеть как дизель и был разработан, чтобы конкурировать с нынешними тепловозами, используя уголь, который в то время был намного дешевле нефти. В ACE 3000 будет реализовано множество новых технологий, таких как автоматическое ведение огня и контроль уровня воды. Локомотив можно было бы подключать к дизельному агрегату и работать в унисон с ним, так что не нужно было бы соединить два одинаковых локомотива. ACE 3000 был одной из самых разрекламированных попыток создания современного пара, но проект в конечном итоге провалился из-за нехватки средств.
- Проект КСО 130, [31] намерен разработать современный паровоз (на базе существующего локомотива класса ATSF 3460 ), способный осуществлять высокоскоростные пассажирские перевозки со скоростью более 100 миль в час и испытанный на скорости до 130 миль в час (отсюда и название «Проект 130 »). Предполагается, что он будет углеродно-нейтральным, поскольку будет работать на высушенной биомассе в качестве твердого топлива (в отличие от всех других современных конструкций, которые требуют жидкого топлива). Разработка является результатом совместных усилий Университета Миннесоты ( Института окружающей среды IonE) и Sustainable Rail International , некоммерческой организации, в которой работают железнодорожные эксперты и инженеры-паровики, созданные для этой цели.
Новая планировка по сравнению с традиционной
[ редактировать ]
Конструкция на силовых тележках с компактным водотрубным котлом, аналогичная конструкциям Sentinel 1930-х годов. Пример: локомотив Sentinel-Cammell (справа).
И 52 8055, и предлагаемый 5AT имеют традиционную компоновку с кабиной сзади, тогда как у ACE 3000 кабина располагалась спереди. Возможны и другие подходы, особенно при сжигании жидкого топлива. Например:
- кабины вперед Тип
- Это проверенная конструкция с потенциалом большой выходной мощности и хорошей обзорностью для водителя. Будучи несимметричным, его пришлось бы включать на проигрывателе или треугольном соединении. Пример: южная часть Тихого океана 4294 .
- Гаррата Тип
- Еще одна проверенная конструкция с большим потенциалом мощности. Пример: класс 400 Южно-Австралийских железных дорог . Будущая конструкция может включать более короткие резервуары для воды и кабину на каждом конце, чтобы дать водителю хороший обзор в любом направлении.
- С силовыми тележками
Беспожарные локомотивы
[ редактировать ]Еще одним предложением по передовой паровой технологии является возрождение беспожарного локомотива , который работает на заранее созданном запасенном паре. Примером может служить проект Solar Steam Train. [32] в Сакраменто, Калифорния .
См. также
[ редактировать ]- Комбинированный газ и пар — комбинированный цикл , в котором в противном случае отходящее впустую тепло газовой турбины используется для выработки пара для привода паровой турбины.
- Список патентов на паровые технологии
- Паровая машина
- Паровозы 21 века.
- Паровой двигатель
- Однопоточный паровой двигатель
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Уолтон, Дж. Н. (1965–74). Паровые автомобили Doble, автобусы, грузовики и железнодорожные вагоны . Остров Мэн, Великобритания: Легкая паровая энергия . С. 27, 79, 62, 181, 184, 187, 120, 149.
- ^ «Первый в мире паровой самолет» . Популярная наука . Июль 1933 г. - через Google Книги. подробная статья с рисунками
- ^ Джордж и Уильям Беслеры (29 апреля 2011 г.). Пароплан Беслера . Ютуб . Бомбергай. Архивировано из оригинала 12 декабря 2021 года.
- ^ Перейти обратно: а б с Холкрофт, Гарольд (1965). «XIII Интерлюдия: Новый горизонт, 1927 и последующие». Локомотивное приключение: пятьдесят лет со Steam . Ян Аллан . стр. 155–173.
- ^ «Краткие биографии крупных инженеров-механиков» . Steamindex.com . Андерсон, Гарри Персиваль Харви . Проверено 13 февраля 2012 г.
- ^ Холкрофт (1965) , стр. 207–209, Приложение V, Электростанция Сурбитон: краткий тест экономии топлива, 7–8 января 1932 г.
- ^ Робертсон, Кевин (1990). Лидер и Южный экспериментальный пар . Издательство Алана Саттона. стр. 22–33. ISBN 0-86299-743-7 .
- ^ Селф, Дуглас (1 апреля 2008 г.). «Локомотив рекомпрессии Холкрофта-Андерсона» . Проверено 12 февраля 2012 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Андре Шапелон 1892–1978 | Проект усовершенствованного паровоза 5AT» . Архивировано из оригинала 25 декабря 2012 года . Проверено 7 марта 2012 г.
- ^ «Лучшая страница Steam» .
- ^ Перейти обратно: а б Порта, LD (2006). Разработка перспективного паровоза, три технических документа . Сомерсет, Великобритания: Camden Miniature Steam Services. ISBN 978-0-9547131-5-7 .
- ^ «Добро пожаловать в ДЛМ» . Dlm-ag.ch . Проверено 12 февраля 2012 г.
- ^ Уоллер, Роджер (22 октября 2007 г.). «Современный пар — экономическая и экологическая альтернатива дизельной тяге» (PDF) . Институт инженеров-механиков; Железнодорожный отдел. Архивировано из оригинала (PDF) 22 октября 2007 года . Проверено 12 февраля 2012 г.
- ^ «Судовые паровые машины современного типа с дистанционным управлением, на пароходах и теплоходах такое же количество личного состава!» (PDF) . ДЛМ. 15 октября 2007 г. Архивировано из оригинала (PDF) 15 октября 2007 г. . Проверено 12 февраля 2012 г.
- ^ «Почему паровая машина» . Pritchardpower.com. Архивировано из оригинала 28 июля 2010 года . Проверено 18 августа 2010 г.
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ) - ^ «Uniflow Power Ltd – Возобновляемая энергетика и ресурсоэффективность» . Pritchardpower.com . Архивировано из оригинала 7 февраля 2012 года . Проверено 12 февраля 2012 г.
- ^ «Технология Uniflow: Страница технологии» . Pritchardpower.com . Архивировано из оригинала 28 июля 2010 года . Проверено 12 февраля 2012 г.
- ^ «Системы рекуперации тепла / SteamCell» . Амовис .
- ^ «Амовис ГмбХ – Автомобильные Видения» . Amovis.de. Архивировано из оригинала 18 июля 2011 года . Проверено 30 апреля 2012 г.
- ^ «Экзоэс» . кент695. Архивировано из оригинала 19 декабря 2013 года . Проверено 18 мая 2012 г.
- ^ «ПауэрТерм» . Powertherm.de . Архивировано из оригинала 19 июля 2011 года . Проверено 18 августа 2009 г.
- ^ «ТайниТех» . Архивировано из оригинала 25 мая 2016 года . Проверено 10 июня 2016 г.
- ^ «Разлив – Компания» . Spilling.de . Архивировано из оригинала 30 августа 2009 года . Проверено 18 августа 2009 г.
- ^ «Паровой двигатель без пролития масла» . Steamautomobile.com . 25 марта 2006 г. Проверено 18 августа 2009 г. [ ненадежный источник? ]
- ^ Тервола, Янне (6 февраля 2015 г.). «Изобретение Савона делает паровой двигатель более эффективным». Технологии и экономика . 4 . Хельсинки, Финляндия: Talentum Media Oy: 10. ISSN 0785-997X .
- ^ «Наша история» . Pritchardpower.com . Архивировано из оригинала 9 марта 2009 года . Проверено 18 августа 2009 г.
- ^ Бушманн, Герхард; Клеменс, Герберт; Хетгер, Майкл; Майр, Бертольд. «Паровой двигатель – состояние развития и рыночный потенциал» (PDF) . IAV Inc. Архивировано из оригинала (PDF) 11 октября 2010 года.
- ^ «DLM's 52-8055» . 5at.co.uk. Архивировано из оригинала 6 июня 2009 года . Проверено 18 августа 2009 г.
- ^ «Проект усовершенствованного паровоза 5АТ» . 5at.co.uk. Архивировано из оригинала 15 августа 2012 года . Проверено 18 августа 2009 г.
- ^ «Лучшая страница Steam» . Trainweb.org . Проверено 18 августа 2009 г.
- ^ «Коалиция за устойчивое развитие железных дорог» .
- ^ «Анонс проекта солнечного паровоза» . Thegenerator.com.au . 9 июля 2009 года. Архивировано из оригинала 7 марта 2011 года . Проверено 12 февраля 2012 г.