Паровые машины, история которых восходит, ни много ни мало, к I веку нашей эры, казалось бы, давно и прочно вытеснены тепловыми машинами других типов, в первую очередь – двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Последние паровозы исчезли с наших железных дорог около 50 лет назад, паровые автомобили и тракторы перешли в разряд музейных экспонатов ещё раньше. Но в XXI столетии возникли новые требования к двигателям, связанные с истощением запасов ископаемого топлива и загрязнением окружающей среды. И, как оказалось, забытые паровые двигатели внешнего сгорания ещё не сказали своего последнего слова.
По эффективности использования топлива – одной из важнейших характеристик энергоустановок, предназначенных для малой генерации, – современные поршневые паровые машины не уступают лучшим ДВС при высокой надёжности и неприхотливости в эксплуатации, унаследованных ими от их классических предшественников. Такие машины уже вполне успешно применяются в Германии, Чехии, Италии и некоторых других странах. В России, к сожалению, всё ограничивается отдельными образцами, построенными энтузиастами. Так, объединённая научная группа «Промтеплоэнергетика», возглавляемая В. С. Дубининым, старшим научным сотрудником кафедры «Конструкции двигателей летательных аппаратов» МАИ, предпринимала ряд попыток переделки серийных бензиновых и дизельных ДВС в паропоршневые (ППД), но до их внедрения в серийное производство дело так и не дошло.
Учитывая, что на большей части территории нашей страны отопительный сезон длится более полугода, в котельных с паровыми котлами представляется привлекательным не сбрасывать получаемый пар в атмосферу, усугубляя парниковый эффект, а использовать его для генерации электрической энергии, которая обойдётся местным потребителям значительно дешевле закупаемой от централизованных электросетей.
При превращении котельных в мини-ТЭЦ традиционно используются паротурбинные агрегаты на основе классической одноступенчатой лопаточной паровой турбины (колеса Кертиса), или так называемой паровинтовой турбины. У такой турбины ротор выполнен не с лопаточным венцом, а по типу винта Архимеда, обычно цилиндрической конструкции. Возможно ещё более оригинальное исполнение – конусно-винтовая турбина.
Однако в зарубежной малой энергетике известно и уже много лет успешно практикуется альтернативное пароприводное решение для котельных и мини-ТЭЦ: вместо малых паровых турбин обоих упомянутых типов используются ППД. Наиболее распространённые из них – моторы немецкой компании Spilling.
Турбина, как правило, соединяется с генератором через редуктор, т. к. для обеспечения приемлемого расхода пара она должна работать при высоких скоростях вращения. Паровой же мотор, работающий на сравнительно низких оборотах (500–1500 об./мин.), можно напрямую соединять с валом генератора. Паровой турбине требуется система охлаждения, что выливается в дополнительный расход воды и потери энергии. ППД не требует принудительного охлаждения, т. к. температура в его цилиндрах в 5–6 раз ниже, чем у ДВС.
Главное энергетическое преимущество современных ППД – меньший удельный расход пара по сравнению с паровыми турбинами аналогичной мощности, особенно одноступенчатыми, при равных давлении и температурах пара на входе и выходе. Верхний предел единичной электрической мощности, например, для электрогенераторной установки с ППД Spilling, – 1,2 МВт.
По габаритам и массе современные паровые моторы уступают лопаточным и винтовым паровым турбинам. Однако отсутствие редуктора и дальнейшее совершенствование поршневых конструкций должны, по всей видимости, свести этот недостаток к минимуму. Впрочем, для стационарных энергетических установок он не имеет первостепенного значения. Положительный зарубежный опыт эксплуатации паромоторных мини-ТЭЦ в определённой мере это подтверждает.
Одна из таких перспективных разработок – ППД Cyclone Engine американской компании Cyclone Power Technologies. Это тепловая машина с замкнутым циклом Ренкина регенеративного типа. Мотор не требует долива воды и не использует смазочных материалов – изначально залитое небольшое количество воды применяется и в качестве рабочего тела, и в качестве смазки. Запатентованная система клапанов обеспечивает дозированную подачу перегретого пара, полученного в теплообменнике камеры сгорания, в шесть звездообразно расположенных цилиндров. Она же обеспечивает начальный запуск двигателя без помощи дополнительного стартёра. Разработчики утверждают, что двигатель готов к запуску уже через 5 с после зажигания топлива – фантастически скоро для паровых машин. При этом в качестве топлива можно использовать практически «всё, что горит». По заявлениям изготовителя, опытные образцы отработали уже больше 1000 ч и показали КПД более 30%. На ближайшее время намечен запуск в производство опытной партии из 10 ППД модели Mark I мощностью 5 л. с.
Испытывается шестицилиндровый паровой двигатель Cyclone
Из перспективных отечественных паровых поршневых машин стоит отметить высокооборотные ППД с частотой вращения вала 1000 об./мин. и выше, которым должны быть присущи, по утверждениям разработчиков, высокие эксплуатационные свойства (надёжность, ресурс и др.).
С использованием современных паровых машин можно повысить энергетическую эффективность таких энергообъектов, как:
• промышленные и муниципальные котельные с паровыми котлами – паровая машина для привода электрогенератора здесь включается в линию дросселирования водяного пара параллельно либо полностью взамен существующего редукционно-охладительного устройства, роль которого часто выполняет простая дроссельная задвижка;
• паросиловые малые ТЭЦ, где паровую машину энергетически наиболее целесообразно применять вместо маломощных паровых лопаточных и винтовых турбин, особенно при электрической мощности до 1,2 МВт;
• технологические производственные установки, где по условиям реализации основных процессов выпуска продукции есть возможность с помощью парового котла-утилизатора использовать сбросное тепло (например, крупные сталеплавильные печи в металлургии или печи для варки стекла в стекольной промышленности).
www.energovector.com
В наше время двигатель внутреннего сгорания находится примерно в тех же условиях, что и паровой двигатель 80 лет назад. Поставьте рядом паровоз и тепловоз и оцените чудовищную разницу в топливной экономичности, затратах на содержание, в уровне шума, наконец. Было совершенно очевидно, что пару придется уступить и уйти в историю.Сейчас точно так же очевидно, что дни ДВС сочтены. Он еще протянет 10-15 лет, но ему на смену уже готовы прийти электромобили и «водородники» вроде Toyota Mirai. Это не секрет – это один из главных трендов десятилетия. И вдруг в хоре приверженцев электрификации внезапно заявил о себе голос в защиту механического зомби, давно похороненного и всеми забытого — двигателя внешнего сгорания, известного как Паровая Машина.
Голос этот утверждает, что современные паровые машины не уступают ДВС по эффективности, будучи гораздо экологичнее своего визави. И что именно такой паровой машине, а вовсе не анемичному электроприводу, стоило бы занять место под капотом автомобилей будущего. Идея показалась редакции AUTO.RIA настолько неожиданной и экзотической, что мы решили изучить аргументы сторонников современного высокотехнологичного стимпанка и провели независимое исследование.
Золотая эра пара
Паровой автомобиль-рекордсмен Stanley Rocket, чей рекорд продержался больше ста лет
В начале XX века автомобилей на паровом ходу было не так уж мало, а скорее даже много. По некоторым параметрам они превосходили новомодные тогда бензиновые машины, были проще, надежнее и зачастую мощнее, к тому же не всегда нуждались в бензине, который в то время продавался примерно так же часто, как сегодня можно встретить электрозарядные станции в Украине. В 1906 году паромобиль Steanly Rocket даже установил мировой рекорд скорости на земле — 204 км/ч. В первую декаду XX века паровых автомобилей в США продавалось больше, чем бензиновых, и до Первой Мировой они часто встречались на улицах. А затем придумали электрический стартер, да и вообще производители ДВС совершенствовали свои конструкции – и пар начал сдавать.
Читайте тест-драйв BMW i3 и BMW i8
Тем не менее, по своей эффективности паровые машины на авто какое-то время шли вровень с ДВС, но уже не были столь удобными в эксплуатации, так что покупатели все реже смотрели в их сторону. Последний в США производитель паромобилей прекратил свою деятельность в 1925 году и вскоре их популяция резко сократилась. Публика восторгалась обтекаемыми «Крайслерами» и брутальными 16-цилиндровыми «Кадиллаками»: в общем, все были довольны. Все, кроме горстки энтузиастов, узревших в отошедшей от дел паровой машине громадный нераскрытый потенциал, способный поставить на колени и воткнуть нож в спину бензину. И дизелю, само собой, тоже.
Межвременье
Концепт-кар Ford Nucleon 1958 года - смелая идея (но не более того) автомобиля с небольшим ядерным реактором на борту. По замыслу, в движение приводился с помощью паровой турбины, так что данный образец, хоть и с натяжкой, можно причислить к паромобилям. Так и не был воплощен в реальности, но мог бы украсить ландшафт в следующей cерии Fallout
С завидным постоянством на разных континентах появлялись проекты автомобилей на паровой тяге. В 40-х годах воду подогревал некто Чарльз Кин, в 50-х изучением перспектив парового двигателя занялся Paxton, представивший в 1953 году концептуальное заднемоторное купе Phoenix с паровой машиной в качестве опции. Несколько компаний занимались переделкой существующих моделей под паромобили — история умалчивает, достигли ли они успеха в деле поиска клиентов.
Вообще, всплеск интереса к теме как правило совпадал с началом очередного топливного кризиса: например, в 1973-м SAAB начал работу над 9-цилиндровым (!) паровым прототипом ULF, а в cередине 90-х за изучение вопроса взялась немецкая компания IAV (впоследствии Enginion). Собрав на коленке несколько прототипов разной степени готовности, к 2001 году специалисты компании построили нечто, названное EZEE 3 (Equal Zero Emission Engine). В буквальном переводе, двигатель с почти нулевым уровнем выбросов. И это был паровой двигатель!Работа Enginion многими считается поворотным моментом в истории современной паровой машины, так что остановимся на ней подробнее.
Зачем это нужно?
Прототип автомобиля серии Indy с паровой машиной - да, было и такое!
Прежде всего, паровая машина имеет ряд преимуществ по сравнению с ДВС. Главное из которых для автомобилиста – максимальная тяга с нуля оборотов, как и в случае с электромотором. Это позволяет обойтись без трансмиссии. Во-вторых, не нужно морочиться с впрыском и сложнейшими изысканиями в области сгорания топлива. В-третьих – внезапно – почти полная тишина. Ну и в-четвертых таки экология.
Не «Теслой» единой: Тест-драйв KIA Soul EV
Enginion разработал технологию под названием Caloric Porous Structure Cell, позволявшую добиться беспламенного сгорания любого испаряемого топлива – а значит, никакой топки и дымовой трубы! При этом, в керамических ячейках удавалось поддерживать температуру 1200 градусов Цельсия, а температура пара в парогенераторе составляла 500 градусов.
По официальной информации, литровый трехцилиндровый паровой двигатель EZEE развивал крутящий момент в 500 Ньютон-метров и после холодного пуска достигал максимальной мощности за 30 секунд. Расход топлива заявлялся на уровне лучших дизелей, ну а о чистоте дыхания мы уже упоминали. Воистину, прекрасная картина, достойная воплощения в металле. Почему же тогда вокруг нас по-прежнему нет ни одного паровагена? – спросит внимательный читатель. И это действительно хороший вопрос.
Enginion сообщал, что находится в тесном контакте с автопроизводителями, однако когда дело дошло до производства, никто не проявил должного интереса – даже VW, имевший прочные связи с компанией. А зря – глядишь, и удалось бы избежать дизельгейта.
Новейшая история
Паровой автомобиль рекордсмен Team Insporation, 2009 год
Почувствовав себя ненужным, Enginion ограничился разработкой вспомогательных силовых установок на основе своего EZEE, но зерно надежды все же посеял. В 2009 году британский коллектив Team Inspiration побил рекорд скорости для парового авто, продержавшийся более ста лет – теперь он составляет 238 км/ч. А затем на рынке появилась компания Cyclone Power Technologies, задавшаяся амбициозной целью – создать тип парового двигателя, который впоследствии станет единым стандартом на транспорте. Весьма оптимистично в сложившихся условиях, но идее не откажешь в изяществе.
Шампанское по цене пива: какие б/у седан представительского класса стоит купить
Вместо беспламенного сгорания в двигателе Cyclone предусмотрена камера сгорания с центрифугой и пароперегревателем. Пар под температурой около 650 градусов подается в шесть цилиндров, расположенных радиально и соединенных с валом неким патентованным приводным механизмом. Отработавший свое пар спускается в конденсатор и по дороге служит источником тепла для второго парового двигателя – меньших размеров, который служит приводом генератора. Этот двигатель работает по т.н. органическому циклу Рэнкина, вместо воды в качестве рабочего тела здесь используется органическая жидкость типа толуола, имеющая низкую температуру парообразования – таким образом Cyclone утилизирует рассеиваемое тепло, превращая его в электроэнергию.
Паровой двигатель Cyclone - новая надежда любителей внешнего сгорания
В компании утверждают, что их чудо техники весом 186 кг развивает мощность 330 л.с. и демонстрирует уровень КПД на уровне 33%. В отличие от поделия Enginion, двигатель Cyclone всеяден и в теории может работать хоть на дровах. Как будет на практике и будет ли вообще – покажет время. Компания числится в подрядчиках оборонного гиганта Raytheon и нескольких исследовательских центров, а в ближайшем будущем обещает удвоить КПД своих паровых машин.
И если это произойдет, автопроизводители могут получить тихий и мощный двигатель, независимый от цен на нефть и не оскорбляющий защитников окружающей среды. А «война форматов» на автомобильном рынке разгорится с новой силой. Скрестим пальцы – может быть очень зрелищно!
auto.ria.com
Как работает двигатель Cyclone Mark V?
Двигатель Cyclone(нагревательный двигатель внешнего сгорания) работает по принципу цикла Ранкина(Rankine Cycle) усовершенствованный цикл Щолля(Schoell Cycle). Он вырабатывает механическую энергию из внешнего тепла, нагревая, а затем охлаждая воду в замкнутой системе.
Топливо впрыскивается в центробежную камеру сгорания, где происходит его возгорание благодаря свечам зажигания Несколько горелок с открытым пламенем установлены на вращающейся вокруг бойлера платформе. Уровень температуры внутри камеры регулируется термопарами. Вода, нагревается до температуры свыше 1100 градусов Цельсия в течении 5 секунд. Затем пар подается на цилиндры двигателя через клапанную систему. Клапаны регулируют порцию перегретого пара, поступающего в цилиндры – чем его больше, тем выше мощность и крутящий момент на выходе.Под давлением до 3200psi пар поступает в шесть радиально расположенных цилиндров и давит на поршни. Причем, в данном случае вода используется и как рабочая жидкость, и как смазка.Отработанный пар выходит из цилиндров через выпускные отверстия и достигает конденсатора, где превращается в воду и стекает в поддон. Далее вода снова поступает в бойлер.Вот несколько видео:
Двигатель работает от многих источников тепла: коммерческие печи, промышленные обогреватели, выхлопные газы…
Испытание парового двигателя марки-V ( работает от внешнего источника нагрева с камерой сгорания).
Испытание внутренней части камеры сгорания
Двигатель работает на гранулах из дерева и вырабатывает электричество.
Чистая энергия, полученная от тепла выхлопных газов из небольших промышленных печей. WHE является 18-ЛС, который будет работать как 10-кВт электро-генератор.
Официальный источник www.cyclonepower.com
habr.com
Компания Cyclone Power из Майами разработала прототип мотора для 7-метровой гоночной лодки, чтобы установить новый мировой рекорд скорости среди паровых судов. Двигатель мощностью 100 л.с. имеет шесть звездообразно (радиально) расположенных компактных цилиндров и, по расчетам, должен разогнать эту лодку до 53 узлов. шнженеры Cyclone Power также работают над 12-цилиндровой версией мощностью 330 л.с. Первый такой двигатель установят на автомобиль, однако в будущем его можно будет использовать на одно- или двухмоторных лодках.
КАК ЭТО РАБОТАЕТ?
Паровой двигатель функционирует почти так же, как и двигатель внутреннего сгорания. Пар под высоким давлением приводит в движение шесть небольших поршней, которые передают усилие на коленвал.
Цилиндры расположены звездочкой вокруг вала, а не над ним, как в обычных моторах. Пар здесь производится не в большом котле, а внутри нагревательного змеевика – длинной витой трубки из нержавеющей стали. Это позволяет не только достичь более высокого давления по сравнению с обычным котлом, но и получать рабочее давление уже через 5-10 секунд после начала работы.
Горелка нагревает пар до +650 «С, после чего происходит его сжатие до 217 атмосфер и перепуск в головки цилиндров через шесть патрубков высокого давления. Как и в системе впрыска из общей топливной магистрали (Common Rail), горячий пар выпускается в цилиндры через управляемые электроникой и работающие за счет того же пара клапаны. Пар заставляет поршни двигаться и выходит через выпускные окна в стенке цилиндра, как в двухтактных бензиновых двигателях. Энергия, произведенная во время каждого такта, контролируется длительностью открывания клапана. Отработанный пар конденсируется в холодильнике на дне двигателя, где циркулирует холодный воздух, преобразующий пар обратно в воду. Поглотивший тепло воздух нагнетается в верхнюю часть двигателя, где смешивается с топливом и сгорает.
Вода накачивается обратно в нагревательный змеевик, и в итоге получается замкнутая система, не требующая доливания жидкости. Если что-то пойдет не так, змеевик просто лопнет, а не взорвется, как котел, и в этом еще одно значительное преимущество подобной системы.
КАК ЭТО ОТРАЗшТСЯ НА ЛОДКАХ?
Паровые двигатели, как и электромоторы, создают максимальное усилие с нуля оборотов. К тому же они реверсивные и теоретически не нуждаются в редукторе, хотя та или иная муфта сцепления, вероятно, понадобится.
Возможность Cyclone Power Mark V работать на разных видах горючего, включая водород и биотопливо, открывает широкие просторы для создания «зеленых» лодок. Выбранное топливо впрыскивается в центробежную камеру сгорания через набор инжекторов, окружающих нагревательный змеевик. Для поддержания постоянной температуры используются контролирующие инжекторы термопары.
По габаритам 100-сильный прототип незначительно превосходит дизельный двигатель той же мощности и, поскольку ему не нужен глушитель, стартер и редуктор, он на удивление легкий. По словам представителей Cyclone Power, паросиловой агрегат также выгодно отличается по КПД: по сравнению с дизелем, здесь практически нет потерь тепла. Ему даже не нужно моторное масло, поскольку керамические подшипники работают в воде.
ВЕРДшКТ
Станет ли прототип массовым продуктом, покажет время, однако, по словам производителя, к двигателю уже проявляют большой интерес. Люди хотят использовать его в компактных генераторах, а также, увеличив в размерах, применять на военных судах. Если Cyclone Power Mark V хорошо зарекомендует себя на воде, то вполне вероятно, что в ближайшем будущем мы увидим паровые прогулочные яхты.
шстория применения паровых машин на пороходах
Первый паровой котел в 1698 г. сконструировал британец Томас Северин. Это был железный бак, под которым в топке разводили огонь.
В начале XVIII в. конструкцию котла модернизировали: горячие газы начали пускать по внутренним трубам. Первое, где проявилась польза паровой машины,- перекачка воды для пожарных. Позже такие котлы появились на паровозах и пароходах.
Первую паровую машину, способную реализовывать вращательное движение, создал Джеймс Уатт. До конца XIX в. она оставалась практически единственным универсальным двигателем и сыграла огромную роль в развитии водного и наземного транспорта.
Создателем первого парохода считается Роберт Фултон. В 1807 г. он построил судно «Клермонт» с гребным колесом, которое ходило по реке Гудзон со скоростью около пяти узлов.
Самый старый находящийся в эксплуатации пароход – построенный в 1856 г. норвежский «колесник» Skiblander, ходящий по озеру Мьёса.
В России первый пароход построили в 1815 г. на заводе Чарльза Берда (длина 18,3 м). Судно ходило между Санкт-Петербургом и Кронштадтом.
Старейший действующий колесный пароход России – «Н.В. Гоголь» (1911 г.). Он находится в Северодвинске и совершает круизы по Северной Двине.
Крупнейшие из сохранившихся в России пароходов – ледокол «Красин» (1916 г.) и крейсер «Аврора» (1902 г.), оба ныне музеи.
kater.ua
Паровой двигатель. Одно заглавие вызывает ассоциации с большущим дымяще-коптящим паровозом. И, казалось бы, что может на данный момент возвратить это громоздкое устройство в жизнь. Ведь весь мир ждет экологичный, прогрессивный (на 1-ый взор) электронный автомобиль. Но, оказывается, что еще в шестидесятые мир грезил об электромобилях, называя их автомобилями грядущего. Тогда не хватало емкости аккумов для поездок на далекие расстояния. Спустя 40 лет мы называем электрокар автомобилем грядущего и боремся с неувязкой дальности «пробега» на одной зарядке авто…
Оказывается, есть приверженцы парового мотора, заявляющие о его большущих преимуществах перед бензиновым двигателем, и больших перспективах в дальнейшем. Вникнув в их резоны тяжело не согласиться. Например, паровой двигатель более прост в конструкции, потому дешевле в обслуживании и ремонте. Он генерирует высочайший вращающий момент, а потому не просит коробки и сцепления. Количество загрязняющих веществ, выкидываемых ДВС находится в зависимости от степени сгорания горючего. А в паровом движке можно иметь 100% сгорания. В нем также не требуется система выхлопа, т. к. горючее сгорает при атмосферном давлении. Ну, и последнее, для сжигания в паровом движке не требуется качественное горючее — тут подойдет все: бензин, керосин, газ, мазут, биотопливо и прочее.
Итак, вернемся к нашим поклонникам паровых движков. Оказалось, что у их есть свои соревнования и рекорды. Официальный рекорд скорости, развитый автомобилем с паровым движком, составляет в текущее время 238 км/ч, был установлен в 2009 году английской командой Inspiration. Были, естественно и другие пробы побить этот рекорд, предпринятые, снова же английской, командой British Steam Car Challenge, но их рекорд так и не получил статус официального рекорда. Не так издавна в эту «паровую» гонку включился новый игрок, южноамериканская команда Chuk Williams’ U.S. Land Steam Record (USLSR), которая на данный момент занимается созданием собственного парового автомобиля LSR Streamliner, который, может быть, станет новым официальным мировым рекордсменом.
Aвтомобиль LSR Streamliner оборудуется высокоэффективным регенеративным высокотемпературным паровым движком Cyclone, который способен работать фактически на любом виде горючего, включая и биотопливо, производя еще меньше выбросов в окружающую среду, чем обыденные движки внутреннего сгорания. Более подробное описание работы мотора можно отыскать на сайте команды, но в главном процесс работы мотора Cyclone смотрится таким макаром: топливо-воздушная смесь сжигается в камере сгорания, нагревая спиральные теплообменники, в каких вода преобразуется в перегретый пар. Давление пара, проходя через распределительную систему, приводит в движение поршни мотора, что принуждает крутиться коленчатый вал. Использованный пар преобразуется опять в водянистую воду, которая опять подается в теплообменники, ведь Cyclone — двигатель с замкнутым циклом, а жаркий воздух, охлаждающий пар и нагретый выхлопными газами, подается в другой теплообменник, где происходит нагрев воздуха, подаваемого в камеру сгорания.
двигатель, созданный для автомобиля LSR Streamliner, является переделанным 6-цилиндровым авто движком Cyclone Mark V, который употребляется в неких моделях автомобилей. Мощности этого мотора в 100 лошадиных сил должно хватить для того, что бы разогнать автомобиль LSR Streamliner до скорости 257.5 км/ч, на которой он должен будет двигаться в течение нескольких минут времени для того, что бы был официально засчитан новый мировой рекорд. Стекловолоконный кузов LSR Streamliner находится еще на стадии производства, длина автомобиля будет составлять 6.4 метра, а вес — 726 кг.
Команда USLSR собирается побить мировой рекорд в августе месяце этого года. Рекордный заезд должен состояться на высохшем солевом озере близ Бонневиля в Юте.
ctirling.ru
Двигатель Сиклоуна Марка V - паровой двигатель, в котором двигатель, паровой генератор, конденсатор и насос подачи объединены в единственную компактную единицу. Компания Cyclone Power Technologies Пляжа Pampano, Флорида была основана изобретателем Гарри Шоеллом, чтобы разработать и продать этот двигатель. Двигатель Сиклоуна Марка V - шесть цилиндров радиальный uniflow двигатель двухдюймовой скуки и двухдюймового удара. Поршни - единственное действие. Двигатель, как утверждают, производит 100 л. с. в 3 600 об/мин, используя пар в 3 200 фунтах на квадратный дюйм и 1200 °F.
Двигатель Циклона построен из трех главных компонентов, Парового Генератора, Поршневого Блока и Конденсатора. Рабочая жидкость, деионизированная вода, едет непрерывно через эти три компонента. Начало в паровом генераторе, перемещение в поршни, затем к конденсатору, и наконец накачанный назад в паровой генератор.
парового Генератора есть три основных компонента: катушка водных труб, окруженных серией собраний горелки и покрытых изолированным саваном. Каждое собрание горелки состоит из воздуходувки, которая уносит предварительно подогревший воздух в камеру сгорания, топливный пульверизатор и воспламенитель. Трубач и пульверизатор устроены так, чтобы фронт пламени был тангенциальным к водно-ламповым катушкам. Cyclone Power Technologies утверждает, что эта договоренность позволяет более тяжелым частицам в топливе кружиться за пределами палаты, пока они полностью не зажжены, допуская намного более чистое, полное сгорание топлива, и приведя к более чистой эмиссии. Однако они не выполнили тестирования, чтобы проверить эту теорию.
Небольшой размер водных труб допускает намного более высокие давления, чем те из более крупных котлов из-за этого, воде не позволяют кипеть. Вместо этого позволено достигнуть сверхкритической температуры до 1 200 °F.
Поршневое собрание - четное число поршней, устроенных радиально вокруг единственного коленчатого вала. Поршни присоединены к коленчатому валу через специальное отношение «паука». Это отношение состоит из нескольких маленьких подшипников журнала, приложенных к диску, у которого есть большее отношение журнала коленчатого вала в центре. У каждого поршня есть один главный клапан приема. этот клапан приводится в действие переменным кулаком на коленчатом вале и допускает вход сверхкритической воды в цилиндр. Поскольку сверхкритическая вода входит в цилиндр, она вспыхивает в пар и выдвигает поршень внутрь, таким образом вращая коленчатый вал.
Поскольку поршень выдвинут внутрь, он раскрывает выхлопные порты в цилиндрической стене. Сверхкритическая вода теперь бросила достаточно энергии посредством расширения, что это находится в государстве пара. Этот выхлопной пар проходит из выхлопных портов в цилиндрической стене и через регенеративные согревающие катушки, которые обернуты вокруг цилиндра. Высокая температура от выхлопного пара используется, чтобы предварительно подогреть воду в этих трубах, прежде чем это войдет в паровой генератор. Пар тогда проходит в конденсатор
Конденсатор - стек чередованных круглых пластин с открытым ядром, содержащим рабочее колесо и конденсированную выгребную яму под ним. Выхлопной пар входит в вершину конденсатора от поршневого блока и вызван рабочим колесом на стороны конденсатора и в листья круглых пластин. За пределами пластин трубач распространяет воздух вокруг чередованных пластин. Это эффективно уплотняет выхлопной пар, который попадает в конденсированную выгребную яму у основания двигателя. Насос высокого давления тогда качает конденсат из выгребной ямы через регенеративные согревающие катушки вокруг цилиндра, и назад в паровой генератор.
«Цикл Шоелла» является именем, данным изобретателем Гарри Шоеллом его внедрению цикла Rankine. Основной патент для двигателя называет его «Высокой температурой регенеративный двигатель»
В цикле Rankine вода накачана к высокому давлению, нагрелась, чтобы произвести пар, расширенный в двигателе, производящем механическую работу тогда, нагреваются, удален, чтобы уплотнить выхлопной пар назад в жидкую воду.
В «Цикле Schoell», воздух сгорания сначала нагрет, передав его через конденсатор, затем нагрелся далее, передав его через теплообменник, чтобы поглотить тепло от выхлопных газов. Это повышает эффективность двигателя, поскольку меньше топлива должно быть сожжено, чтобы нагреть газы сгорания до данной температуры. Эта технология экстенсивно использовалась в промышленных печах и силовых установках, где она известна как воздушный предварительный нагреватель или APH.
Нагреватель питательной воды помещен вокруг каждого цилиндра, где выхлопной пар выходит. Это передает некоторую высокую температуру воде, прежде чем это войдет в паровой генератор, далее уменьшая количество необходимого топлива.
Хотя патент Schoell назван «Высокая температура регенеративный двигатель», это не использует регенеративный цикл Rankine, и при этом это не использует регенеративный теплообменник.
Дизайн двигателя Марка V требует, чтобы использование воды смазало движущиеся части по двум причинам:
Подшипники журнала на коленчатом вале и шатунах и поршнях, скользящих в их цилиндрах, работают в гидродинамическом режиме смазывания. Пропускная способность отношения журнала - прямая функция динамической вязкости смазочной жидкости. У воды в 20 °C есть вязкость 0,001002 Па · s, в то время как у типичного моторного масла могла быть вязкость приблизительно 0,250 Па · s. Таким образом вода приблизительно в 250 раз менее эффективная из смазки, чем нефть.
Cyclone Power Technologies заключила контракт с Центром Университета штата Огайо Автомобильного Исследования (OSU-АВТОМОБИЛЬ) для технического анализа. Представление 8 марта 2014 OSU-АВТОМОБИЛЕМ описало подшипники двигателя как «проблему критического пути» и заявило:
Контракт между Cyclone Power Technologies и Phoenix Power Group для более низкой продукции, паровой двигатель WHE заявляет, что Phoenix Power Group сделает постепенный платеж в размере 150 000$ «После завершения 200 часов тестирования длительности версии 5.0 WHE, как проводится и/или наблюдается OSU. Тестирование длительности должно состоять из работы двигателя WHE без неудачи и производства 10 л. с. к 20 л. с.». С 28 февраля 2015 не было никакого признака, они сделали смазанный двигатель воды, передают это 200-часовое испытание на выносливость.
Претензии, предъявленные к Двигателю Сиклоуна Марка V, включают:
Это Чисто: Одно содействующее видео утверждало, что выхлоп, оставляя двигатель будет более чистым, чем воздух, входящий в двигатель: «Циклон будет эффективно действовать как воздушный скребок, который поможет убрать воздух, который мы вдыхаем, когда это бежит». Однако в Годовом отчете 2013 года, они заявляют: «Мы еще не выполнили это тестирование на наших двигателях, чтобы соответствовать любым существующим стандартам эмиссии EPA, и КАРБОНАТ» Никакой источник был обеспечен, чтобы поддержать их требование низких или никакого
выбросы отработавших газов.
Это Очень Эффективно: Cyclone Power Technologies утверждает, что у двигателя Марка V есть тепловая эффективность 33%, источник этого числа эффективности - вычисление, основанное на большом количестве принятых ценностей. Например, продукция мощности двигателя и топливные входные ценности оба приняты. Они дают предполагаемую тепловую эффективность 23,2%. Это тогда принято (не поддерживая вычисления), что нагревание воздуха сгорания повышает полную эффективность двигателя на 4,05%, и нагревание питательной воды повышает полную эффективность двигателя на дальнейшие 4,32%, принося полному предполагаемому двигателю тепловую эффективность к 31,57%. Однако эта прибыль от воздуха и водного нагревания не увеличивает производство мощности двигателя или уменьшает топливный вход, который, должно оказаться, для тепловой эффективности увеличивается.
Изображение Макетов как Рабочие Двигатели: Много нефункциональных макетов двигателя Сиклоуна Марка V и больших и меньших вариантов были построены Cyclone Power Technologies как содействующие показы. Факт, что они не работают двигатели, однако, часто опускается. Например, от различных содействующих видео:
Ни в одном из видео делает Гарри Шоелла, заявляют, что двигатели, на которые он указывает, являются нефункциональными макетами, и при этом он не говорит, что любые требования работы - предсказания и не основаны ни на каких фактических измерениях.
С 28 февраля 2015 никаких двигателей Марка V был поставлен любым клиентам или публично продемонстрировал управление. Предложенные заявления включали:
Однако ни одно из этих предложений, как не было известно, было осуществлено.
ru.knowledgr.com
Третий элемент EATR — мобильная платформа. Основное требование, предъявляемое к ней, — проходимость. Это самая простая часть проекта, так как, скорее всего, робот получит уже готовую платформу, разработанную в ходе предыдущих исследований DARPA. Это может быть электрический Hummer, созданный в рамках проекта беспилотных автомобилей, или гусеничное шасси робота-сапера, или, что наиболее вероятно, шестиколесное шасси от беспилотного транспортера MULE, разработанного Lockheed Martin.
А вот с четвертой составляющей проекта — силовой установкой — уже есть абсолютная ясность: двигатель внешнего сгорания для EATR разработала компания Cyclone Power Technologies.
Чем же питается EATR? Его желудок представляет собой двигатель Cyclone, объединивший современные материалы с паровыми технологиями XIX века. Двигатель внешнего сгорания использует цикл Рэнкина. Перед сжиганием твердое топливо (трава, ветки, опилки, практически любой подножный корм растительного происхождения) измельчается в пыль, а жидкое (если вдруг под рукой окажутся бензин или солярка) просто впрыскивается в камеру сгорания в смеси с воздухом. Электрическая искра поджигает горючую смесь. В отличие от двигателей внутреннего сгорания, Cyclone позволяет топливу гореть долго. Температура и условия горения, такие как зольность, принципиального значения не имеют. Электрические термопары контролируют только продолжительность горения, поддерживая в камере постоянную температуру.
Первые экспериментальные образцы EATR могут получить самые разные самоходные платформы. На роль простого демонстратора концепции подходит даже электрический гольф-карт. Главные требования к промышленному образцу EATR — скорость, проходимость, неприхотливость в обслуживании и надежность. В качестве кандидата на роль «ног» травоядного робота рассматривается гусеничная платформа от военных роботов или более скоростные колесные шасси. К примеру, знаменитый HMMWV, он же Humvee, отлично показал себя в качестве беспилотного автомобиля на состязаниях DARPA Urban Challenge. Однако наиболее вероятным вариантом считается шестиколесное электрическое шасси MULE, разработанное Lockheed Martin. MULE расшифровывается как Multifunctional Utility/ Logistics and Equipment vehicle — многофункциональное утилитарное шасси для транспортировки грузов и оборудования. MULE разработан таким образом, чтобы не уступать в проходимости пешим солдатам. Машина может преодолевать подъемы до 40% и забираться на метровую ступеньку.
Внутри камеры сгорания расположены водяные трубки. Здесь вода переходит в состояние перегретого пара с температурой около 600 °C. Через систему клапанов пар под давлением более 200 атм попадает в шесть паровых цилиндров. От степени открытия клапанов зависит, сколько пара войдет в цилиндры и какой крутящий момент двигатель выдаст на валу.
Покинув цилиндры, пар отправляется в конденсатор, охлаждаемый вентилятором, и вновь превращается в воду. Попутно он подогревает воздух, подаваемый в камеру сгорания в составе горючей смеси, чтобы облегчить зажигание. Сконденсировавшаяся вода вновь направляется помпой высокого давления в пароперегреватель.
В разведывательных миссиях энергетически автономные беспилотные летательные аппараты, такие как Helios на солнечных батареях, и EATR могут идеально дополнять друг друга. БЛА может засечь цель с воздуха и передать на землю сигнал, чтобы, в свою очередь, EATR завершил разведку на местности, не подвергая опасности человека.
У двигателя внешнего сгорания есть масса достоинств. Во‑первых, его мощность (для Cyclone она составляет 100 л.с.) не зависит от качества топлива, так как в камере сгорания поддерживается постоянная температура. Во‑вторых, он может работать практически на чем угодно, будь то твердое или жидкое топливо или даже газ. В-третьих, паровые цилиндры дают максимальный крутящий момент на любых оборотах двигателя, начиная с нуля. Поэтому транспортному средству не требуется сложная трансмиссия с коробкой передач, вал можно напрямую подсоединять к колесам или, как в случае с EATR, к генератору электрического тока. Двигатель работает по замкнутому циклу — вода в нем циркулирует в замкнутом объеме и не нуждается в замене или доливе. Наконец, Cyclone конструктивно проще и надежнее обычного ДВС.
В EATR двигатель Cyclone будет частью гибридной системы. В первых прототипах он станет вращать исключительно генератор электроэнергии, которая, в свою очередь, будет запасаться в аккумуляторных батареях. Движение робота предположительно обеспечат мотор-колеса. Однако разработчики EATR не исключают, что в промышленных версиях машины Cyclone сможет приводить колеса напрямую — не пропадать же сотне лошадиных сил!
Двигатель Cyclone работает по замкнутому циклу Рэнкина и не требует дозаправки водой. Благодаря продолжительному горению топлива, он практически всеяден.
1. Камера сгорания (1).2. Форсунка (2А).3. Пароперегреватель (8Б).4. Отвод сажи (7Б).5. Паровой цилиндр (3).6. Клапан (2Б).7. Подогрев топливо-воздушной смеси (8А).8. Вал двигателя (4).9. Охлаждающая камера (5А).10. Конденсат (5Б).11. Вентилятор охлаждения (6).12. Воздуховод (7А).
Но чем же все-таки будет питаться робот? Теоретически — любой органикой. Тепловая энергия выделяется при разрыве связей «углерод-углерод» и «углерод-водород». Будет это огрызок от яблока или бравый пехотинец — неважно: перед огнем все равны.
www.popmech.ru
