Что это за транспорт с паровым двигателем

Локомобиль: вчера и сегодня

Толковый словарь русского языка С.И. Ожегова гласит: «Локомобиль – передвижной паровой двигатель, приводящий в движение сельскохозяйственные и другие машины.»

Это современное понятие локомобиля. А началось все в далеком 1725 году, когда во Франции родился будущий военный инженер Николя-Жозеф Куньо. Именно Куньо, работал над созданием транспортных средств, приводимых в движение паровым двигателем для французской армии. И это ему удалось. В 1765 году начала работать первая паровая машина. Куньо был первым, кто использовал механический двигатель для приведения в движение самоходного транспортного средства (артиллерийского тягача). В последствии, такая машина получит название локомобиль. (от лат. Locus – место и mobilis — подвижной).

Волна выпуска локомобилей в нашей стране стартует в 1874 году, когда на Брянском заводе был изготовлен первый в Российской Империи локомобиль. Этот локомобиль был оснащен паровым двигателем мощностью 10 л. c., весил 8 тонн и был способен тянуть до десятка колесных прицепов-платформ с грузом. Всего было построено 7 таких машин.

В конце 19 века началось массовое производство локомобилей. В 1894 Мальцевым создается Акционерное общество Мальцовских заводов, которое устанавливает новые цехи и все свои вырученные средства отправляет на расширение производства локомобилей. Уже с 1908 года завод постоянно расширял производство и стал ведущим заводом в России, выпускающим локомобили.

В начале 20 века выпуском локомобилей в нашей стране занимались многие заводы, но с течением времени от этого пришлось отказаться, ввиду дороговизны производства. И только один – Людиновский завод выпускал локомобили сериями. Первые такие машины стали применяться в сельском хозяйстве.

Тогда же, в конце 19 – начале 20 века, Амзи Лоренцо Барбер — влиятельный американский промышленник, выкупает права на изготовление легкового парового автомобиля и налаживает массовый выпуск непритязательного самоходного экипажа «Стимер» (Steamer), имевшего поначалу успех в неизбалованной более совершенными машинами стране. Объемы производства простого «Локомобила» заметно превышали выпуск всех остальных американских автомобилей. Однако это длилось всего 2 года. Уже в 1901 году стало ясно, что непрактичные и опасные в эксплуатации паровики не могут рассчитывать на продолжительный успех и буквально в течение года фирма освоила производство автомобилей с двигателем внутреннего сгорания.

Каково же основное назначение и использование подобной паровой машины? Главное достоинство локомобиля заключалось в том, что такая машина имела компактный передвижной паровой двигатель — двигатель внешнего сгорания, который преобразовывает энергию пара в механическую работу. Предназначались локомобили для привода неподвижных сельскохозяйственных машин (молотилок, веялок, мельниц и т. д.), насосов, электрогенераторов. Некоторые конструкции обладали собственным ходом, другие были буксирными. Широко применялись в нашей стране в период паровой энергетики и до электрификации села.

Сегодня локомобиль называют также трансфером или микроавтобусом. Это грузовая машина на комбинированном шасси, т. е. машина, которая может передвигаться как по железному полотну, так и по автомобильной дороге. Эти функции неоценимы в условиях, когда невозможно добраться до пункта назначения обычным путем. Также локомобиль сегодня используется как замена маневровому тепловозу или же как коммунальная машина, при установке навесного оборудования.

Основные преимущества локомобилей перед маневровыми тепловозами:

• Кратное сокращение расходов на эксплуатацию (по сравнению с маневровым локомотивом).
• Возможность использования локомобиля в качестве полноценного грузового автомобиля. Причем, в случае надобности, вся навеска для движения по железной дороге демонтируется в течение 2-х часов и, локомобиль можно эксплуатировать длительное время в автомобильном режиме.
• При установленном оборудовании возможны кратковременные перевозки грузов по автодорогам (до 100км), ввиду повышенной нагрузки на подвеску локомобиля. Независимость, при решении задач буксировки и маневрирования, от состояния и загрузки железнодорожных путей и графиков движения за счет следования к месту выполнения работ и обратно не по железной дороге, а по автомобильной.
• Возможность использования локомобиля в качестве ремонтного, диагностического и линейного рельсового транспортного средства.
• Возможность использования локомобиля для расчистки путей от снега зимой и, прилегающих территорий, от веток деревьев и кустарников летом.

Сегодня, на многих предприятиях, которые имеют внутренние железнодорожные пути, используют локомобили, как альтернативу маневровым тепловозам.

Главным элементом современного локомобиля является шасси. Шасси локомобиля предназначено для комплектации оборудованием и движения по автомобильным дорогам и железнодорожным путям колеи 1520мм. На шасси автомобиля дорабатываются рама, передний мост, задние мосты и их подвеска, вводятся детали крепления оборудования для движения по рельсам, в том числе гидравлического и электрооборудования, а также оборудование и приборы, необходимые при движении по железной дороге. Оборудование для движения по рельсам включает в себя переднюю и заднюю тележки для удержания на рельсах, гидравлическую систему, электрогидравлическую систему управления рельсовым ходом. Доработанная конструкция мостов а/м «Урал» позволяет устанавливать двускатную ошиновку, не выходя за допустимые габариты ТС. Это в свою очередь позволяет расширить перечень работ выполняемых универсальным рельсовым транспортным средством и, в случае выполнения работ на дорогах общего пользования, работать полноценным грузовым автомобилем повышенной проходимости. Движителем локомобиля являются задние колеса базового шасси, что создает следующее преимущество: Тяговое усилие ограниченно коэффициентом трения резина-сталь (который ориентировочно в 3-и раза выше коэффициента трения сталь-сталь) и весом, приложенным к задним осям автомобиля. Использование в качестве базового шасси – шасси большегрузного автомобиля (предпочтительно Урал, КамАЗ либо импортных шасси) позволяет получить две приводные оси и большой балластный вес. Что в свою очередь позволяет осуществлять маневры с подвижным составом весом от 20 до 1000 тонн. Единственным аналогом на российском рынке можно считать модели «УНИМОГ», оснащенные рельсовым ходом. Стоимость аналогичных моделей превышает стоимость наших разработок в 3-5 раз в зависимости от комплектации.

Современный локомобиль (его называют также вездеход) используется для различных маневровых работ, как снегоуборочные машины, для ремонта контактной сети.

Преимуществом локомобиля являются его высокая выносливость и долговечность, простота обслуживания и ремонта и возможность работы на любом виде топлива. Стоимость обслуживания локомобиля на 30—40° дешевле стоимости обслуживания двигателя внутреннего сгорания. Регулирование работы машины изменением степени наполнения позволяет сильно перегружать паровую машину, тогда как двигатель внутреннего сгорания допускает только незначительную перегрузку. Сверх номинальной, т. е. максимально продолжительной, мощности кратковременно (втечение 15—30 мин.) можно перегружать паровую машину на 20—25° а двигатель внутреннего сгорания только, примерно, на 5°/0. При такой перегрузке удельный расход топлива в паровой установке повышается в меньшей степени, чем в двигателях внутреннего сгорания.

В противоположность двигателям внутреннего сгорания, работающим на дорогостоящем привозном жидком топливе, локомобиль работает на местных дешевых видах топлива и на отходах производства. Это создает возможность широкого использования естественных топливных ресурсов на местах, а также независимость от привозного топлива, планомерность и уверенность в работе. С учетом использования тепла отработавшего пара для технологических и производственных нужд к. п. д. всей установки в целом резко повышается в сравнении с другими двигателями, и локомобильная установка экономически становится наиболее рентабельной и целесообразной.

Классификация локомобилей по ГОСТ:

До Великой Октябрьской социалистической революции при капиталистическом способе производства не могло быть и речи о стандартной классификации такой сложной машины, как локомобиль. Требования потребителей, правда, уже тогда установили основные типы локомобилей, а именно: передвижные, стационарные без конденсации, стационарные с конденсацией. В пределах каждого типа завод, производящий локомобили, совершенно самостоятельно выбирал конструкцию отдельных классов локомобилей, количество марок каждого класса и мощности локомобилей каждого класса.

Например, как уже отмечалось выше, Людиновский завод выполнял девять марок локомобиля класса А по следующей шкале номинальных мощностей: Число марок класса локомобилей не всегда было хорошо обосновано. Чрезмерно большое количество марок, как это видно на примере локомобилей класса А, вызывало производственные затруднения из-за большого числа моделей с незначительным выпуском каждой из них и в дальнейшем в производстве сохранялась только некоторая часть марок. С другой стороны, малое число марок локомобилей какого-нибудь класса может привести к тому, что на требуемую заказчиком мощность нельзя подобрать подходящей марки локомобиля. Одна марка не годится из-за слишком малой мощности, а следующая будет эксплуатироваться с большой недогрузкой, т. е. неэкономично. Социалистическое народное хозяйство, требующее плановости и ра»ционального ведения всех отраслей народного хозяйства, вызвало потребность в проведении широкой стандартизации, которая затронула и локомобилестроение. На основе этих жизненных требований после тщательной разработки и проверки в 1934 г. был утвержден ОСТ НКТП 6961/405, устанавливающий стандартную классификацию локомобилей. После Великой Отечественной войны в 1946 г. была утверждена вторая редакция ГОСТ 3492-46. Новый ГОСТ учел весь опыт, накопленный со времени издания первого стандарта.

На сегодняшний день существует множество различных марок и моделей локомобиля. Одним из перспективных предприятий по производству автомобилей и спецтехники на рельсовом ходу является ООО «УДЦ «Гермес», г. Челябинск, производящий рельсовые экскаваторы (на базе ТВЭКС), локомобили (на базе а/м Урал), локопогрузчики (на базе вилочных погрузчиков).

Какой выбрать – зависит от цели его использования и, соответственно, от вашего бюджета.

Автор: Хорьков И. Н. Помощник коммерческого директора ООО «Долина».

Что это за транспорт с паровым двигателем

Выберите вашу станцию:

• События
• Новое на сайте
• Инновации
• Награды за инновационную деятельность
• Передвижной выставочно-
  лекционный комплекс
• Регионы
• История
  • К 75-летию Великой Победы
  • 115 лет Транссибу
  • Подвижной состав
  • Железнодорожная путевая техника
  • Железнодорожная инфраструктура
  • Строительство железных дорог
  • Заводы
  • Биографические очерки
  • Малоизвестные факты из истории железных дорог
  • Наградные знаки
  • Организация и управление на железнодорожном транспорте
• Выставочный комплекс ОАО «РЖД»
• Музеи и выставочные
  площадки
• Музей железных дорог России
• Выставки
• Молодежная политика
• Галерея
• Научно-технические
  журналы
• Виртуальные
  экскурсии
• Проверь себя
• Игры
• Отзывы
• Полезные ссылки

«ЛОКОМОТИВ». Новое о старых словах

Следует отметить, что рельсовые дороги с паровой тягой являлись первыми транспортными средствами, приводимыми в движение механическими двигателями, созданными человечеством. Поэтому вместе с освоением этих машин в разных странах, где они применялись, использовалась и соответствующая терминология.

Интересной областью деятельности для любителей истории железнодорожной техники является определение происхождения тех или иных специальных названий, их трансформация в историческом развитии.

Начнем с очень распространенного названия «паровоз». Используя этот термин, многие не задумываются о его происхождении и, конечно, большинство не только людей, далеких от транспорта, но даже тружеников железных дорог, не знает, что встречается такое название только в русском языке.

Когда же оно появилось, кто впервые ввел его в обиход и как назывались такие машины за рубежом?

Так как первый в мире паровоз был изобретен и построен в Англии, то там следует искать и его первые названия. Но они появились не сразу, а только спустя несколько лет и носили не вполне определенный характер. Вот как, например, описывала катание на такой повозке одна английская актриса: « . Небольшая веселая машинка состоит из печи и лавки, на которой помещается котел с водой. Дул резкий ветер, заставлявший меня закрывать глаза. Рядом со мною стоял бесстрашный Стефенсон. Я безумно влюблена в него и его машину».

Наиболее частыми тогда названиями, получившими распространение, были «паровая повозка» и «паровой экипаж». Почти каждой из них, как кораблям, присваивалось собственное имя. Пока подобных экипажей было немного, такая система обозначений вполне удовлетворяла, но с открытием новых рельсовых дорог и ростом числа паровых экипажей возникла необходимость в их единообразном названии. Оно появилось совершенно неожиданно.

В 1825 году Д.Стефенсон построил на только что им открытом первом в мире паровозостроительном заводе паровой экипаж, предназначенный для первой рельсовой дороги общего пользования между Стоктоном и Дарлингтоном. Этой машине он дал собственное имя «Локомоушн» («locomotion»), происходящее от латинских «locus» — место и «motio» — движение, другими словами, «передвижение» или «сдвигаю с места». То есть, в отличие от предшествующих, такое название заключало в себе рабочие признаки парового экипажа, что послужило поводом для трансформации собственного имени конкретной машины в нарицательное название транспортных рельсовых повозок с паровыми двигателями.

Тогда же, когда появились другие средства тяги, к термину «локомотив» стали добавлять слово, обозначающее тип двигателя, например, паровой локомотив, дизельный или электрический локомотив.

В России дело обстояло несколько иначе. Там, наряду с использованием не очень понятного для большинства иностранного слова «локомотив», в период знакомства русского общества с этой новой и несколько фантастической машиной стали применять русские выражения «самокатная паровая машина», «паровая фура», «паровая телега», «пароходка» или «пароход».

В России первый паровоз был сделан на Нижнетагильских горных заводах Демидовых в 1833 году сыном известного механика Е. Черепанова (при участии отца), а в 1835 году Черепановы, отец и сын, построили первый «сухопутный пароход» больших размеров. Об этом в 1835 году писал «Горный журнал». В «Библиотеке для чтения» в статье «Чугунные дороги» (1835, № 2) читаем: «Дым и газы, освобождающиеся от пароходных повозок, в короткое время делают воздух негодным для дышания, так что если карета за каретою следует невдалеке, путешественник задыхается в чадной атмосфере».

В первых отчетах строителя Царскосельской железной дороги Ф.А. Герстнера встречаем: «паровая машина», «паровой экипаж», «паровая карета», а в прессе того времени менее определенные, но более сильные словосочетания: «грозный исполин», «дикий зверь», «могучая машина».

Одновременно с приведенными выше наиболее распространенными двумя русскими терминами «пароходка» и «пароход», которые характеризовали только движение – «паром ходить», появляется название «паровоз», характеризующее не только собственно движение, а, главное, перемещение, перевозку составов вагонов, что более точно определяет функциональное название машины.

Впервые это слово появилось в газете «Северная пчела», которую издавал Н.И. Греч, ему и приписывается это «изобретение». Там писали: «Вот идет паровоз с трубою, из которой валит дым; машина тащит за собою несколько повозок, в которых помещается более 300 человек, сила равна силе 40 лошадей; в один час она пробегает пространство в 30 верст». Новое название паровой повозки использовал и Ф.А. Герстнер в своем третьем отчете, изданном в 1837 году.

Термин «паровоз» понравился публике, и его стали широко использовать не только в повседневной жизни, но и в технике.

Примерно в это же время появилось и слово «локомотив», заимствованное из французского или английского языка, или точнее – из французского и английского, о чем свидетельствуют формы «локомотив» и «локомотива» (во французском языке слово было женского рода).

Сначала оно писалось латиницей и помещалось в скобках. В «Санкт-Петербургских ведомостях» за 1842 год (№ 127) читаем: «Весной 1804 года изобретатели машины высокого давления взяли привилегию на построение паровоза (locomotive), чтобы посредством его возить повозки по железным дорогам».

В конце концов, два слова «паровоз» и «локомотив» в русском языке стали синонимами.

Впервые в России значение слова «локомотив» было зафиксировано в Энциклопедическом словаре Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона (1890 год).

Новое слово довольно быстро проникло в систему литературного языка и стало употребляться в публицистике и художественной литературе. Так, в рассказе А.П. Чехова «Убийство» читаем: «Шел длинный товарный поезд, который тащили два локомотива».

Слово фиксировалось толковыми словарями русского языка, словарями иностранных слов и двуязычными словарями (французскими, английскими и немецкими). Оно было очень частотным и имело производные – существительное локомотивщик и прилагательное локомотивный.

Именно благодаря тому, что слово закрепилось в русском языке и образовало словообразовательное гнездо (т.е. ассимилировалось), оно перестало восприниматься как заимствование, и на русской почве появилось переносное значение. Сейчас никого не удивляет такое, например, употребление слова:

Первая тройка лидеров – своеобразный локомотив блока. (TV);

Многие партийцы видят выход в том, чтобы въехать в Думу «прицепным вагоном» к «локомотиву». (из газет).

Таким образом, слово локомотив стало употребляться в расширительном переносном значении – «движущая сила, двигатель». Это новое переносное значение появилось, можно сказать, на наших глазах. Оно еще не успело попасть в словари. Только «Современный словарь иностранных слов. Толкование. Словоупотребление. Словообразование. Этимология», выходящий в издательстве «Цитадель» и созданный коллективом сотрудников «Этимологического словаря русского языка» кафедры русского языка Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова (1 издание – М., 2000), приводит такой пример на употребление переносного значения:

Радио – локомотив для издательской деятельности.

Это же переносное значение получают и производные образования. Например, рассуждая о преимуществах ипотечного кредитования, о помощи государства молодым семьям в приобретении жилья, ведущий передачи (март 2004 года) говорит о «локомотивной точке роста» в государственной программе, и, вторя ему, диктор добавляет: «Получается такой локомотивчик».

Вот еще примеры из радиопередач последнего времени:

Эти отрасли — локомотив экономики; Есть районы локомотивных преобразований.

Так открывается новая страница в истории слова, известного русскому языку более 170 лет.

САМОЛЕТЫ С ПАРОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ. ПАРОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Уже к середине 19 века стало ясно, что все попытки использовать для полета силу мускулов безуспешны. Многие крупные ученые XIX в. (Гельмгольц, Навье, Гей-Люссак и др.) отрицали возможность создания летательного аппарата тяжелее воздуха с неподвижным крылом. Считалось, что полет аппаратов тяжелее воздуха если и возможен, то только в виде миниатюрных моделей. Но вот были изобретены паровые двигатели. В середине XIX в. лучшие образцы паровой машины ( единственного в то время работоспособного типа энергетической установки) весили около 50 кг/л.с. И неутомимых изобретателей остановить было невозможно!

Если можешь, проверь: имеются сведения, что в 1533 году Иоганн Мюллер, прозванный Региомонтанусом, в Нюрнберге создает железную муху и искусственного орла, оба из которых могли подниматься в воздух. Предполагается, что механизмы имели паровую тягу.

Феликс де Тампль

в середине XIX столетия француз построил первый самолет с паровым двигателем. Именно в 1850 — 1860 годы появляются первые компактные паровые двигатели, что и позволило Феликсу де Тамплю построить не модель, а первый настоящий самолет. Установленная на самолете паровая машина имела два качающихся цилиндра, штоки которых соединялись с валом пропеллера, и трубчатый котел конструкции дю Тампля. Котел отапливался нефтью и мог генерировать пар под давлением 8 атм. Вес двигателя составлял 59 кг. На валу двигателя был установлен шестилопастной пропеллер, сделанный, как и крыло, из стальных труб, обтянутых шелком. Двигатель, вал и винт, представлявшие собой единый агрегат, могли поворачиваться в вертикальной плоскости относительно фюзеляжа, позволяя управлять направлением тяги в полете. Поворот осуществлялся с помощью зубчато-червячной передачи и штурвальчика. Однако малая мощность парового двигателя — 4 л.с.. и большой вес аппарата — 260 кг, не позволили ему оторваться от земли.

— в 70–х годах 19 века, заинтересовавшись возможностью создания летательного аппарата тяжелее воздуха, Адер создал ряд оригинальных аппаратов, в основу которых был положено устройство крыла летучей мыши. Силовой установкой для этих самолетов служила паровая машина, а тягу создавал четырехлопастный пропеллер. В 1890 году Адером был изготовлен самолет «Эол» . Наиболее совершенным агрегатом «Эола» был двигатель. Адеру удалось создать паровую машину с удельным весом всего около 3 кг/л.с. Двигатель мощностью 20 л.с. с двойным расширением пара имел два цилиндра. Он был выполнен из кованой стали и, для максимального снижения веса все, что возможно, было сделано полым внутри. Водотрубный котел отапливался спиртом. При испытании самолет Адера после разбега оторвался от земли и находился в воздухе около 5 с на высоте 0,5-1 м. Это было знаменательное событие в истории авиации: впервые самолет осуществил взлет с горизонтальной поверхности за счет мощности собственного двигателя.

В 1897 году был создан более совершенный «Авион №3». Взлет этого аппарата вошел в историю как первый самостоятельный (без разгона по рампе) подлет аппарата тяжелее воздуха.

— английский изобретатель в 1848 году построил модель самолета, ставшую первой успешно взлетавшей моделью самолета. Модель Стрингфеллоу неоднократно испытывалась. Разбег с работающими винтами должен был происходить вдоль наклонно натянутой проволоки. Пройдя определенное расстояние и набрав скорость, модель автоматически отцеплялась и уходила в свободный полет. В связи с тем, что аппарат не имел шасси, была предусмотрена специальная полотняная ловушка для подхвата модели при посадке. Она совершила свободный полет без снижения на расстояние свыше 35 м.

В 1868 г., после двадцатилетнего перерыва, Стрингфеллоу построил новую модель самолета с паровым двигателем — триплан, которая предназначалась для демонстрации на аэронавтической выставке в Лондоне. На самолете был установлен паровая машина, имевшая выдающиеся для своего времени характеристики. За ее создание на первой авиационной выставке в Хрустальном Дворце изобретатель получил премию в 100 фунтов стерлингов, как за модель, имевшую двигатель с лучшим соотношением мощности к весу. К сожалению эта модель не была полноценно испытана.

— в 1842-1843 гг. английский инженер У.Хенсон занимался созданием модели самолета с миниатюрным паровым двигателем. Проект назывался „Воздушная паровая карета“.

Сведений о конструкции первой в истории авиации модели самолета сохранилось очень мало. Известно лишь, что она имела монопланное крыло площадью 3,7 м2, обтянутое шелком и подкрепленное проволочными растяжками. Вес одноцилиндровой паровой машины вместе с котлом, топливом и водой составлял 2,7 кг. Общий вес модели равнялся 6,3 кг . Опыты с моделью проводилось в 1843 г. в Лондоне в закрытом помещении. Запуск производился с наклонной плоскости. Испытания были неудачны: модель падала сразу же после схода со стартовой рампы.

В 1845 г. У.Хенсон совместно с механиком Д.Стрингфеллоу построил новую модель с паровым двигателем. Этот летательный аппарат был значительно больше модели 1842-1843 гг. Модель имела размах крыльев — 6,1 м, взлетный вес составлял около 12 кг.

Александр Ф. Можайский

— отставной морской офицер, создатель первого в России реализованного проекта самолета. После выхода в отставку начал исследования механизма полетов птиц и воздушных змеев.

На большом воздушном змее совершил несколько полетов. Можайский подал заявку в патентное ведомство, получил в 1880 году патент на самолет своей конструкции и приступил к постройке самолета. Практические работы начались в 1881 г. когда Можайский привез из Англии две паровые машины, изготовленные по его проекту, мощностью 20 и 10 лошадиных сил, которые вращали три больших винта. Двигатели работали от одного котла, который отапливался нефтью. Это был расчалочный моноплан с двигателями в фюзеляже и тремя винтами — одним спереди и двумя по бокам, в вырезах крыла. Фюзеляж имел форму лодки с деревянным каркасом и полотняной обшивкой. В нем размещались паровые машины, котел, баки с горючим, сидения для людей, приборы. К верхним краям бортов крепились консоли крыла. Вес составлял около тонны. Взлет предполагалось производить с наклонной рампы. Испытания проходили с 1882 по 1885 годы в Красном Селе около Петербурга.

В докладной записке Главного инженерного управления Военного министерства, составленной в октябре 1884 г., говорилось, что самолет Можайского был «приводим в действие, взбегал вверх по наклонным рельсам, но взлететь не мог.. «. По свидетельству очевидцев в одном из испытаний самолет под управлением механика после пробега по рампе совершил подлет, при приземлении накренился и был разбит. К сожалению, в 1890 году А. Можайский умер и проект был заброшен. В 1891 г. самолет был убран с военного поля в Красном Селе и дальнейшая судьба его неизвестна.

— уроженец США известен в первую очередь как создатель знаменитого пулемета Максима. Заинтересовавшись авиацией, Максим приступил в 1891 году к созданию своего самолета. Самолет представлял собой гигантскую по тем временам конструкцию, биплан с размахом крыла в 104 фута, приводился в движение двумя двигателями мощностью 180 лошадиных сил, вращавших пятиметровые лопасти. Взлетный вес составлял три с половиной тонны. Самолет разгонялся по рельсам, длиной приблизительно 500 метров. В ходе третьего испытания в 1894 году самолет оторвался от земли на несколько футов, но в этот момент отказал один из двигателей и самолет был разбит. Максим, потративший на эксперименты 20,000 фунтов, потерял интерес к авиации. В 1910 году он сделал еще одну попытку, но безуспешно.

1874 г. английский инженер Т.Мой совместно с механиком Р.Шиллом построили модель парового самолета, вес которой достигал почти 100 кг. Площадь крыльев составляла 10,5 м2, мощность мотора — 3 л.с. Этот аппарат имел несколько несущих поверхностей, однако расположены они были не одна над другой, а уступом, одна за другой. Крылья имели бамбуковую основу и были обтянуты полотном. В промежутках между крыльями были размещены два шестилопастных пропеллера диаметром 1,8 м.

— именно им в середине 1890 годов были созданы наиболее совершенные модели самолетов с паровым двигателем. В период с 1891 по 1895 гг. было построено семь больших моделей, получивших название «Аэродром». На «Аэродроме» № 5 была установлена одна паровая машина мощностью 1 л.с, на модели № 6 — две, примерно по 0,4 л.с, с непосредственным приводом на винты. Помимо различий в конструкции силовой установки «Аэродром» № 6 отличался несколько меньшими размерами и меньшим весом планера и паровой машины. Это позволяло брать больший запас топлива и воды. Первый успешный полет модели «Аэродром» № 5 состоялся в 1896 г. Дальность полета превысила 1 км.

Последняя попытка создания самолета с паровым двигателем относится к началу XX в. В 1902 г. Л.Харгрейв в Австралии начал строительство машины, которая должна была взлетать с воды. Гидросамолет должен был иметь один главный и два вспомогательных поплавка. Четырехлопастный пропеллер был размещен впереди переднего крыла. Расчетный вес аппарата — 215 кг. Но из-за отсутствия необходимого двигателя сборка самолета не была завершена.

Ни одна из предпринятых в XIX в. попыток полета на самолете не увенчалась успехом, не удалось создать летающие полноразмерные самолеты с паровым двигателем. Казалось, что с истематические неудачи должны были привести к прекращению работ по созданию самолетов. Однако на рубеже XIX и XX вв. был создан удобный в эксплуатации и надежный двигатель внутреннего сгорания.

Пар работает и сегодня!

Во время Второй мировой войны почти на всех истребителях наземного базирования, действующих на Тихом океане, были установлены узлы для катапультного старта. Катапульты стали обязательными элементами даже на самых больших авианосцах. Масса самолетов увеличивалась, увеличивалась мощность и размеры катапульт. В 1950 году англичанин Колин Митчелл разработал новую конструкцию паровой катапульты. Главный орган катапульты, – это два параллельных цилиндра длиной около 100 м. Поршни цилиндров соединены между собой и прикреплены к колесной платформе, которая перемещается по направляющим, расположенным ниже поверхности верхней палубы. Узел крепления, который тянет самолет за переднюю стойку шасси, прикреплен к тележке. Пар, накопленный в баллонах-аккумуляторах, по команде подается в цилиндры, поршни и тележка начинают движение. Никаких тросов или блоков. Количество пара в цилиндрах определяются в зависимости от типа самолета, скорости и направления ветра, и температуры воздуха.

Первые американские корабли, на которых были установлены паровые катапульты, – это авианосцы класса «Авраам Линкольн». Паровые катапульты стоят и в наши дни на самых современных авианосцах.

Другие страницы по теме « Паровые двигатели »

Паровые установки для выработки электро- и тепловой энергии

Исторически под паровой машиной понимали работающий на водяном паре тепловой двигатель поршневого типа, а когда были изобретены паровые турбины, подобные двигатели часто стали называть турбомашинами.

Дешевые виды местного твердого топлива из биомассы (дрова, древесные пеллеты, брикеты, щепа, опилки) используются для генерации электроэнергии или когенерации, для чего разработаны несколько технологий. Основные:

• газификация — получение низкокалорийного горючего (генераторного) газа с его последующим использованием в газопоршневом двигателе, приводящем в действие электрогенератор;
• сжигание твердого топлива в паровом котле и использование полученного пара для работы паровой турбины;
• сжигание твердого топлива в паровом котле и использование пара для работы поршневого парового двигателя (классической паровой машины или парового поршневого двигателя).

Паровой двигатель Spilling

Газовый детандер Spilling

Главным достоинством современных паровых поршневых двигателей (машин) по сравнению с маломощными (особенно одноступенчатыми) паровыми турбинами является меньший удельный расход пара при равных параметрах давления и температуры пара на входе и выходе и при одинаковой мощности паровой машины и паровой турбины. К плюсам классических паровых машин также надо отнести, по сути, постоянный удельный расход пара при изменении нагрузки в широких пределах (в отличие от двигателей внутреннего сгорания — ДВС) при постоянной частоте вращения (работе на синхронный электрогенератор).

А теперь сравним паропоршневые установки (ППУ) с газопоршневыми (ГПУ). Для работы ГПУ в качестве топлива используется не только природный газ, но и с недавнего времени биогаз и генераторный газ, полученный в результате газификации биомассы. При работе классического поршневого двигателя на генераторном газе мощность двигателя падает до 60%. Но если сравнивать с классической паровой машиной, для работы которой используется водяной пар, то, согласно термодинамическому циклу Карно, его экономичность выше за счет того, что температура продуктов сгорания в ГПУ выше температуры пара, ограниченной теплостойкостью материалов парового котла. Однако при работе ГПУ горючий газ высокой температуры необходимо охлаждать перед подачей в цилиндр газопоршневого двигателя, а это приводит к сбросу во внешнюю среду около 20% теплоты сгорания твердого топлива и делает ГПУ неконкурентоспособным классической паровой машине. Принципиальным отличием паропоршневых двигателей от газопоршневых является наличие у первых накопителя энергии — парогенератора (парового котла), который играет роль пароводяного аккумулятора. Большое значение имеет и стабильность рабочего тела (пара). Отсюда следует, что кратковременные остановки котла не приведут к немедленной остановке самой паровой машины. Чего не скажешь о газопоршневом двигателе, в котором при загрузке газогенератора топливом возможно изменение состава газа, а это может привести к остановке двигателя. Существенное преимущество паровых двигателей заключается также в том, что для работы специализированных паровых котлов можно использовать биомассу (щепу или дрова) естественной влажности, а для газогенераторных установок влажность сырья, как правило, не должна превышать 20%. К тому же ГПУ требует более тщательного ухода, в отличие от паропоршневого двигателя. Преимуществами ППУ перед ГПУ и ДВС являются высокая выносливость и долговечность, простота обслуживания и ремонта и возможность работы, по сути, на любом виде дешевого местного твердого топлива. Последнее условие важно, потому что обеспечивает возможность широкого использования топливных ресурсов на местах и независимость от привозного топлива (к примеру, от топлива так называемого северного завоза в России).

Выше мы сравнивали паровые машины с газопоршневыми двигателями, которые работают на газифицированной биомассе. Понятно, что при работе ГПУ на природном газе при генерации только электроэнергии их преимущество неоспоримо. Однако при когенерации расклад не в пользу ГПУ; утилизировать тепловую энергию выхлопных газов значительно сложнее, чем тепловую энергию выхлопа паровой машины, т. к. коэффициент теплоотдачи конденсирующегося пара в теплообменнике в десятки раз выше коэффициента выхлопного газа ГПУ. Паровая машина экологичнее за счет меньшего объема выбросов NO и CO. Работающие паровые двигатели замкнутого цикла менее шумные, чем ГПУ и ДВС. Паровая машина вполне может конкурировать и с паровой турбиной мощностью 1000-2500 л. с. Конечно, по размерам и весу паровые машины больше в сравнении и превосходят паровые турбины, но за счет меньшей частоты вращения вала ППУ нет необходимости устанавливать редуктор. Ведутся и разработки компактных поршневых паровых двигателей. Например, компания из США Cyclone Power Technologies Inc. разработала паропоршневой двигатель со звездообразным расположением цилиндров мощностью 75 кВт, КПД 31,5% — по аналогии с бензиновыми авиационными моторами, которые используются до сих пор на труженике советской и российской авиации — знаменитом биплане Ан-2.

Использование паровых машин

За рубежом в малой энергетике (мини-ТЭС) вместо малых паровых турбин успешно используются паровые машины, или, как сегодня принято говорить, паропоршневые (паровые) моторы или двигатели. Основной отличительный признак паропоршневых моторов от паровых машин — иной тип парораспределения. Паропоршневые моторы предназначены для работы с однократным расширением пара: пар из котла поступает параллельно во все цилиндры, подобно тому как поступает топливно-воздушная смесь в цилиндры ДВС. А в классических паровых машинах пар проходит через все цилиндры последовательно и расширяется многократно.

Мировую известность получили немецкие паровые моторы фирмы Spilling. Это одноступенчатые поршневые паровые машины противодавленческого типа с системой золотникового расширения пара, отличающиеся от других современных паровых машин, которые работают по многоступенчатому принципу. К сожалению, у модельного ряда паровых машин Spilling очень узкий диапазон мощности: от 100 кВт до 1,2 мВт. Но ресурс у них довольно большой, и в последние годы компания-производитель предлагает их на российском рынке для установки на мини-ТЭС, работающих на биотопливе, на производствах, где есть возможность и необходимость редуцирования пара с расходом от 2,5 т/ч и на установках для утилизации отходов (ТБО, ТКО и др.). Компания Spilling поставляет паропоршневой двигатель в сборе с электрогенератором как готовый к работе агрегат с системой управления, автоматизации и программным обеспечением. Такой двигатель может также работать на природном газе либо биогазе в качестве детандера. Стоимость 1 кВт установочной электрической мощности при расчетах можно принять от 1500 евро FCA. Основные технические данные паропоршневых двигателей Spilling: электрическая мощность 100-1200 кВт; частота вращения — 750, 900 и 1000 об/мин; давление пара на входе — 4-60 бар, на выхлопе — 0,2-15 бар; температура насыщения пара — до 480°С. Для многих двигателей Spilling в качестве топлива используют биомассу, в первую очередь древесную. Например, на одном из деревообрабатывающих предприятий в Африке установлен трехцилиндровый одноступенчатый паропоршневой двигатель Spilling электрической мощностью 437 кВт с давлением пара на входе 9 бар и на выхлопе 0,5 бар. Отходящий пар используется для обеспечения работы сушильной камеры. После ввода в эксплуатацию этого двигателя предприятие обеспечило себя дешевой электро- и тепловой энергией и, что особенно важно, обрело независимость от поставок электроэнергии из общей сети.

В числе других европейских производителей паропоршневых двигателей можно назвать чешскую компанию Tenza s. a., которая предлагает паровые двигатели мощностью от 10 до 120 кВт, и шведскую компанию Energiprojekt i Sverige AB, которая производит паровые двигатели мощностью от 500 до 1000 кВт с давлением пара на входе 30-60 бар и с заявленным КПД 25-30% (машины работают по термодинамическому циклу Ренкина с регенерацией и полезным использованием теплоты конденсации пара). Австрийская компания Foerdertechnik GmbH производит когенерационные паровые машины электрической мощностью 150 и 300 кВт и тепловой — 110 и 220 кВт соответственно, в топках паровых котлов которых можно сжигать биомассу, в частности щепу. Максимальная температура пара — 350°С, давление — 32 бар, паропроизводительность 200 кг/ч. Но стоимость этих машин, конечно, очень высокая — 280 тыс. и 480 тыс. евро. При такой стоимости эти «золотые» машины можно использовать только в некоторых европейских странах (Австрии, ФРГ и др.), где реализуются масштабные программы поддержки и субсидий ВИЭ и гарантируется оплата генерируемой электроэнергии по «зеленому» тарифу в течение продолжительного времени (до 20 лет). Поскольку в России о таких тепличных условиях можно только мечтать, то ориентироваться нужно в первую очередь на отечественных и азиатских (КНР, Тайвань, Вьетнам и др.) производителей и разработчиков оборудования. В мире производят сегодня и так называемые паровинтовые машины, которые в большей степени можно отнести к категории турбин, только ротор у этих машин не с лопатками, как у классических турбин, а в виде винта Архимеда — в основном цилиндрической или конусно-винтовой формы.

Первый отечественный паропоршневой мотор был спроектирован в Московском авиационном институте (МАИ) в 1936 году и предназначался для силовой установки экспериментального самолета. Двигатель работал на перегретом паре с давлением 6 МПа и температурой 380°С и на оборотах до 1800 об/мин.

В современной России нужно выделить научную группу «Промтеплоэнергетика» МАИ, которая предлагает довольно оригинальное решение вопроса экономически целесообразного применения паропоршневых машин в малой и децентрализованной энергетике России. Разработчики предлагают создавать паропоршневые двигатели на базе серийно выпускаемых дизельных поршневых двигателей. В конструкции ДВС сохраняется почти весь механизм газораспределения, который в ППУ становится механизмом парораспределения, также сохраняется кривошипно-шатунный механизм. Подобный подход обеспечивает низкую стоимость парового двигателя, в отличие от зарубежных аналогов, благодаря тому, что в производстве используются серийные автомобильные двигатели и запчасти к ним. Кстати, понятие «паропоршневые двигатели» впервые было введено в 2003 году именно научной группой «Промтеплоэнергетика» МАИ.

Где использовать паровые машины эффективно?

В качестве объектов, энергетическую эффективность которых можно повысить при использовании современных паровых машин, могут выступать:

• промышленные и муниципальные котельные с паровыми котлами (паровая машина для привода электрогенератора);
• паросиловые мини-теплоэлектроцентрали (мини-ТЭЦ), где паровую машину целесообразно устанавливать вместо маломощных паровых лопаточных и винтовых турбин, особенно если электрическая мощность последних до 1,2 МВт и они изготовлены в одноступенчатом варианте или же в многоступенчатом, но без промежуточного отбора пара;
• технологические производственные установки на предприятиях, где по условиям реализации основных процессов выпуска продукции есть возможность с помощью парового котла-утилизатора использовать сбросное тепло (например, в металлургии подобными установками могут выступать крупные сталеплавильные печи, а в стекольной промышленности — печи для варки стекла, на цементных, консервных и маслоэкстракционных, ликероводочных заводах и во многих других отраслях промышленности). Использование для этого технологии ORC (органического цикла Ренкина) — более дорогое решение, учитывая и то, что модули ORC в России не производятся.

Технологические решения для мини-ТЭС — конденсационных мини-электростанций (мини-КЭС) и мини-ТЭЦ — с использованием современных паровых машин принципиально схожи с известными, реализуемыми на паротурбинных мини-ТЭС. Это комбинированное производство электрической и тепловой энергии (когенерация на мини-ТЭЦ, в т. ч. создаваемых на базе котельных с паровыми котлами) либо так называемая тригенерация (см. рис. 1), т. е. выработка одновременно трех видов энергии (электрической, тепловой и холодильной). В качестве холодопроизводящего оборудования при тригенерации на паросиловых мини-ТЭС используются абсорбционные холодильные машины, для работы которых вполне достаточно отработавшего в паровом двигателе водяного пара. Такой вариант значительно экономичнее, чем выработка холода с помощью электрических кондиционеров.

В качестве заключения

Паропоршневые мини-ТЭЦ, работающие на биомассе, энергоэффективнее паротурбинных, газопоршневых (при работе на генераторном газе, полученном путем газификации биомассы) и дизельных. В паропоршневых мини-ТЭЦ удельный расход пара на выработку электроэнергии в 1,3-1,5 раза меньше, чем в паротурбинных мини-ТЭЦ, особенно при мощности 1200-1500 кВт. Современные паровые поршневые машины вполне могут использоваться в децентрализованной энергетике России. Применяя местные альтернативные виды топлива, в основном древесную биомассу, можно успешно заменить во многих регионах дизель-генераторы паровыми машинами (паропоршневыми установками) и дополнительно получать тепловую энергию, в результате отказаться от северных завозов угля и дизтоплива. Применение ППУ может способствовать энергосбережению при эксплуатации технологических и энергетических установок, в частности тех, у которых при работе выделяется сбросное тепло в виде выхлопных или дымовых газов.

Сергей ПЕРЕДЕРИЙ, Германия,
s.perederi@eko-pellethandel.de

В статье использованы некоторые материалы научной группы «Промтеплоэнергетика» МАИ и кафедры «Атомная и тепловая энергетика» Санкт-Петербургского политехнического университета им. Петра Великого