339k
5 лет назад · 13 фото · 6253 просмотров · 52 комментария
Почему паровая машина невыгодна по сравнению с дизельным двигателем? (13 фото)
Интересно привести сегодня такое сравнение: в огневой коробке котла паровоза серии Л (знаменитая "Лебедянка") теоретически может разместиться такой автомобиль как Лада Веста.
А в камерах сгорания 12 цилиндрового дизеля тепловоза М62 типа 14Д40 той же мощности - едва ли уместиться задний ряд сидений автомобиля.
Всем известный и некогда очень широко распространенный на нашей сети железных магистралей тепловоз серии М62 , та самая "Машка". ПТОЛ Бологое ТЧЭ-4.
Общая масса паросиловой установки грузового паровоза серии Л при мощности 1470 кВт (или 2000 л.с.) составляет примерно 40 тонн (это без учёта воды в котле и угля в топке).
"Лебединая песня" советских железных дорог - грузовой паровоз серии Л ("Лебедянка").
Тогда как дизель 14Д40 аналогичной мощности (без учета вспомогательного оборудования) - обладает массой около 16 тонн, т.е. в 2,5 раза меньше при одинаковой мощности.
Демонтированный с тепловоза серии М62 12-ти цилиндровый дизель с поддизельной рамой типа 14Д40. Великие Луки ТЧ-31.
При этом паросиловая установка паровоза серии Л требует для своего размещения площади свыше 50 м², а тепловозного дизеля 14Д40 всего около 12 м².
Если продолжить сравнение той же паросиловой установки паровоза серии Л с каким-нибудь ещё более мощным типом дизеля чем 14Д40, к примеру 5Д49 установленного на ТЭП70 (масса 18 тонн), который способен номинально выдавать 2942 кВт или 4000 л.с., то соотношение массы к ожидаемой на выходе мощности ещё больше увеличится:
40 тонн и 2000 л.с. паросиловой установки паровоза серии Л;
18 тонн и 4000 л.с. дизеля 5Д49 тепловоза ТЭП70.
Мы пришли к выводу о том, что масса дизеля тепловоза ТЭП70 в нашем случае в 2,2 раза ниже чем у паросиловой установки паровоза серии Л, а мощность при этом в два раза выше.
Если продолжить сравнение той же паросиловой установки паровоза серии Л с каким-нибудь ещё более мощным типом дизеля чем 14Д40, к примеру 5Д49 установленного на ТЭП70 (масса 18 тонн), который способен номинально выдавать 2942 кВт или 4000 л.с., то соотношение массы к ожидаемой на выходе мощности ещё больше увеличится:
40 тонн и 2000 л.с. паросиловой установки паровоза серии Л;
18 тонн и 4000 л.с. дизеля 5Д49 тепловоза ТЭП70.
Мы пришли к выводу о том, что масса дизеля тепловоза ТЭП70 в нашем случае в 2,2 раза ниже чем у паросиловой установки паровоза серии Л, а мощность при этом в два раза выше.
16-ти цилиндровый дизель типа 5Д49, установленный на тепловозе серии ТЭП70БС.
Компактность - одно из основных достоинств дизеля.
Наглядное сравнение размеров дизеля типа 2Д100 и паросиловой установки паровоза серии Л.
Самое же главное преимущество дизеля в том, что коэффициент полезного действия у него в 6-7 раз выше, чем у паросиловой установки.
Самое же главное преимущество дизеля в том, что коэффициент полезного действия у него в 6-7 раз выше, чем у паросиловой установки.
Чем это можно объяснить?
Паровозы серии СО и Л на станции Осташков ОКТ жд.
Водяной пар, совершив работы в паровой машине паровоза, выпускается в атмосферу. Но отработавший пар сможет уйти в атмосферу только в том случае, когда если его давление превысит атмосферное. Иначе он просто не выйдет из паровой машины.
Более того, давление отработавшего в машине пара должно быть достаточно высоким. Ведь в паровозах необходимая для интенсивного горения тяга осуществляется с помощью специальной вытяжной установки: струя выходящего из конуса пара увлекает окружающую её газовую среду и выбрасывает газы через дымовую трубу в атмосферу.
Более того, давление отработавшего в машине пара должно быть достаточно высоким. Ведь в паровозах необходимая для интенсивного горения тяга осуществляется с помощью специальной вытяжной установки: струя выходящего из конуса пара увлекает окружающую её газовую среду и выбрасывает газы через дымовую трубу в атмосферу.
Схема конусной дымовытяжной установки паровоза.
Чтобы паровая струя имела достаточную скорость, давление пара перед конусом, т.е. после расширения пара в паровой машине, должно быть выше атмосферного давления больше чем в полтора раза. При таком давлении температура отработавшего пара не может быть ниже 110-120 градусов Цельсия, поэтому он будет уносить с собой большое количество теплоты.
Паровоз серии Л перед отправлением на Бологое с пригородным поездом на станции Осташков ОКТ жд.
В 1 кг отработавшего пара содержится около 2724 кДж теплоты. Для сравнения укажем, что энтальпия (от греч. enthalpo - согреваю) при рабочем давлении 16 кгс/см² (с таким давлением пар поступает в паровую машину), составляет 3210 кДж. Следовательно только 486 кДж (3210 кДж - 2724 кДж), что пошли на образование 1 кг пара, превращается в работу, а остальная теплота бесполезно выбрасывается из паровой машины в атмосферу. В этой потере теплоты с выпускаемым паром, как в зеркале отражаются, ограниченные возможности повышения экономичности паровозов.
Паровоз серии Л отправляется с регулярным пригородным поездом сообщением Бологое-Осташков от платформы остановочного пункта Чёрный Дор.
Из физики известно, что эффективность паросиловой установки тем выше, чем больше температура и давление пара, входящего в паровую машину, и меньше давление пара, выходящего из неё.
Почему же конструкторы не могли существенно повысить температуру и давление пара на входе в паровую машину, снизить давление отработавшего пара и были вынуждены прекратить постройку паровозов?
В стационарных тепловых установках используется пар с начальным давлением 300-450 кгс/см², а в паровозах только 14-16 кгс/см².
Почему же конструкторы не могли существенно повысить температуру и давление пара на входе в паровую машину, снизить давление отработавшего пара и были вынуждены прекратить постройку паровозов?
В стационарных тепловых установках используется пар с начальным давлением 300-450 кгс/см², а в паровозах только 14-16 кгс/см².
Паровой манометр - главный прибор безопасности на любом паровозе.
Оказывается, если давление пара повысить с 15 до 20 кгс/см², то доля тепла, которая может быть полезна использована, увеличится всего на 1,5%. При дальнейшем увеличении давления эта доля, приходящаяся на 1 кгс/см² повышения давления, снижается. Так, например, если повысить давления пара со 150 до 200 кгс/см², то долю используемого тепла удается повысить лишь на 0,4%. Следовательно физические свойства пара таковы, что повышение одного начального давления даёт незначительный выигрыш в экономичности процесса.
С другой стороны, давление пара в паровозных котлах нельзя существенно повышать из конструктивных соображений. Существующие котлы паровозов жаротрубные с плоскими стенками топки. Их запас прочности не позволяет поднять давление в котле выше 20-25 кгс/см².
С другой стороны, давление пара в паровозных котлах нельзя существенно повышать из конструктивных соображений. Существующие котлы паровозов жаротрубные с плоскими стенками топки. Их запас прочности не позволяет поднять давление в котле выше 20-25 кгс/см².
Котёл паровоза серии Л.
Отсюда следует ещё один вывод - для повышения экономичности установки требуется повысить не только давление, но и первоначальную температуру пара.
Почему же не повышают эту температуру с 400 градусов Цельсия скажем до 1000 и более?
Станция Осташков ОКТ жд.
Потому что и на этом пути повышения эффективности паровозов возникают серьезные трудности. Высокая температура - враг металлов, в особенности если они соприкасаются непрерывно с газом или паром, даже автолюбители это прекрасно знают. В таких условиях даже жаростойкий металл быстро теряет свою прочность. Не менее важно, что смазка, без которой невозможна нормальная работа цилиндро-поршневой группы, может устойчиво работать лишь при температуре не более 400-500 градусов Цельсия. Вывод - дальнейшее увеличение температуры пара тоже не может привести к повышению эффективности паросиловой установки.
Итак, низкий коэффициент полезного действия (КПД) паровоза является его органическим недостатком. Иначе говоря, сколько бы конструкторы не пытались бы и дальше улучшать конструкцию паровой машины, все равно сколь существенных результатов повышения экономичности паровозов не достигли бы. Нельзя получить КПД паровоза, близкий к КПД тепловоза.
Статья подготовлена на основе книги В.А. Дробинского и П.М. Егунова "Как работает и устроен тепловоз".
Итак, низкий коэффициент полезного действия (КПД) паровоза является его органическим недостатком. Иначе говоря, сколько бы конструкторы не пытались бы и дальше улучшать конструкцию паровой машины, все равно сколь существенных результатов повышения экономичности паровозов не достигли бы. Нельзя получить КПД паровоза, близкий к КПД тепловоза.
Статья подготовлена на основе книги В.А. Дробинского и П.М. Егунова "Как работает и устроен тепловоз".
Значит разработчики паротурбинных установок идиоты. И атомные лодки и атомные электростанции нахрен не нужны! Дизель-форева!!!
А вес то при чем? Какая разница 40 тонн весит силовая установка или 16 тонн? Железные колеса по железным рельсам имеют свойство проскальзывать и по этой причине тягач должен весить намного больше 100 тонн, Машка весит 116 тонн и то что ее дизель всего 16 тонн не имеет абсолютно никакого значения. Трамвай тоже весит 19-20 тонн хотя аналогичный автобус 5-7 .
Мне было интересно
когда в заголовке не заметил приставку "не", и пришлось читать всю статью..
была еще более ранняя книга В.А. Дробинского:
Кто слышал паравозный гудок, это не с чем не сравнимое!
ни с чем
Так то, если завтра война, если завтра в поход? Нефтехранилища и НПЗ уничтожены - как железка работать будет? В СССР вроде как были спецдепо паровозные на этот случай, а сейчас? Паровоз может работать на любой хрени, что горит, а тепловоз только на соляре. Уж молчу про электровозы, вообще нежные, в плане "топлива"
Если вся инфраструктура уничтожена, воду заливать вёдрами из ближайшего водоёма будете? Хорошо если рядом есть пожарный пруд, а если нет и до реки/озера километров тцать? И подливать воду каждые километров 100 пути, сколько там ёмкость, литров 20 000?
Если жил хотя бы в 90-х, то должен был обратить на "несуразные" трубы на станциях, предназначенные специально для подачи воды в паровоз. Их и сейчас еще модно встретить, не везде демонтировали.
Если нет электричества, откуда в трубе возьмётся вода? Или будут уничтожены только НПЗ и нефтехранилища, а ГЭС, ТЭЦ, АЭС, трансформаторные подстанции будут продолжать работать, и водозаборные станции тоже?
А ты не учил в школе физику? Хотя бы о сообщающихся сосудах что то знаешь? Водонапорная башня - слышал такое? А как устроены фонтаны в Петергофе? Они сделаны за 200 лет до изобретения электричества!
Водонапорная башня, ручные насосы, но источник воды-то где? Артезианская отпадает, у неё минерализация адовая, накипью зарастёт все, нужен бассейн, большой, глубокий, чтоб летом не пересыхал и зимой до дна не промерзал, надо чтоб его каждую весну чистили, что-то я таких не замечал на вокзалах
Ты с какого леса?)) Когда паровозы ходили, откуда вода бралась? Что ты несешь?))
Когда на лошадях передвигались, чем их кормили? Где меняли? Много сейчас вдоль трактов стоит постоялых дворов, где можно было отдохнуть и лошадей поменять? Так и паровозы ушли с ж/д и всё что с ними связано похерили
https://news.rambler.ru/other/40591464-oni-poili-parovozy-lyubuemsya-starymi-vodonapornymi-bashnyami-volgograda/https://news.rambler.ru/other/40591464-oni-poili-parovozy-lyubuemsya-starymi-vodonapornymi-bashnyami-volgograda/
можешь еще тучу найти их по стране, тут как пример и плюс описание как, зачем и почему)
Что за передергивание? При чем тут "паровая машина" и примеры с паровозами? А почему бы не вспомнить, что все теплостанции, включая атомные - паровые! У них турбины на пару работают, а уж пар получают разными способами от сжигания топлива до ядерных котлов. Замечу - все крупные суда имеют паровые турбины.
Теперь по поводу экономичности.
Экономичность тепловых машин зависит от многих причин - но сравнивая дизель и паровоз заметим главное - давление в камере сгорания. У дизеля это около 20 атм., у паровоза 1 атм. Вот и все, с чем связана столь большая разница в КПД. Есть паровые котлы с наддувом, у которых давление в топке поднималось даже выше давления дизелей. Цитирую - "КПД современных котлов составляет 90-94%". Так что экономичность современного котла+современной турбины колеблется около дизельного двигателя (в некоторых случаях даже выше).
Словом - сравнивать паровоз и дизель еще можно в ключе этой статьи, а вот дизель и паровую машину - некорректно.
тут не турбина, а паровой двигатель и примитивный котел, не ровняй)))
на электостанции и котлы не такие, и не паровые машины, а ТУРБИНЫ и тд.. ))
Зато он работает на всем, прост и надежен до предела, в принципе не имеет сцепления , коробки, редукторов и других сложных и высоконагруженых узлов трансмиссии.
Примеры крупных судов с паровыми турбинами будут?
Если только военные.
Ну и высокоскоростные пассажирские. Хотя те же superseacat используют газотурбинные двигатели
А торговых судов с паровыми турбинами нет. Давно уже. Ибо невыгодно.
Хотя возможно ещё быстроходные контейнеровозы...
Но все равно мало, ибо сомнительная выгода
Цитирую
"паровая машина любой двигатель внешнего сгорания, который преобразует энергию пара в механическую работу."
Так что турбина - это паровая машина.
патамушта КПД
КПД хорошего парового двигателя доходит до 30% Лучшие ДВС около 25%. Так, что тут практически одинаково! А вот габариты и вес несравнимы, как и потребность в воде. К тому же паровой двигатель очень долго раскочегариваеся (несколько часов), в буквальом смысле этого слова. А ДВС готов работать почти сразу после пуска. Вот потому паровозы ушли в прошлое.
И вернутся обратно, когда ДВС станет нечем кормить.
тогда вода уже будет на весь золота)
Вода и дрова - ресурс возобновляемый.
Теперь школьные рефераты в ход пошли. Хотя автор тему знает однобоко. Помимо л. с. есть ещё крутящий момент, а вот он то с низов у паровой машины больше. Паровые машины можно было бы и дальше совершенствовать, но экономически это дороже. Например есть ртутно-паровые турбины У.Л. Эммета. КПД у них был не хуже дизеля точно.
Красивый школьный реферат, особенно ссылака на книгу 80-го года выпуска для неспециалистов (хорошо не из серии "для чайников"). Получая нормальное вузовское техническое образование, автор поймет насколько однобоко и поверхностно он знает тему.
Для примера: до сих пор в строю морские суда с паровыми двигателями, только заправляются они мазутом. И ярдёный реактор по сути - тот же самый паровой двигатель, только замкнутого цикла (замкнутый по причине радиационной безопасности).
Интересно где это морские суда с паровым двигателем?
Турбоходы может быть? Но они если только для военных, торговых давно нет именно из-за экономической нецелесообразности
Да и АППУ производит пар именно для турбин а не паровой машины из статьи.
Причём точно так же экономически невыгодно для коммерческих целей.
Потому и нет торговых судов с ЯЭУ. И тут не в кпд дело, причин множество, включая вес, габариты и стоимость производства.
В силу того что судовая ЯЭУ в производстве дороже дизеля в сотни раз и в обслуживании в десятки раз они и не выгодны.
На атомной ледокол машинная команда включая инженеров АППУ, механиков, электромехаников и прочий рядовой состав может составлять несколько десятков человек. Которым надо платить и немало
Для сравнения машинная команда на торговом судне с силовой установкой аналогичной мощности составляет менее десяти человек.
Мысль статьи именно в невыгодности.
Она была бы победителем Евровидиния?
защем ругяесся, насяльника?
Дизельный двигатель крайне чувствителен к качеству топлива. Не будет нормальной соляры - не поедет. А паровоз может что угодно в топке переработать
Это не так, мой дед - машинист, говорил что на плохом угле хрен его раскочегаришь, а на дровах тем более не едет.
Хреново, но поедет.
А где, упоминание про "газогенераторы"?
Ну, всё же это Д Внут. С. А газогенератор, это метод получения топлива.
А это чтобы за бензин не платить... Бензин нынче только дорожает.
Ну да ну да
Да дрова тоже как бы не дешевеют.
Не совсем корректно сравнивать паровоз и тепловоз. Автомобили с паровыми двигателями были. Помню ещё в 80-х были попытки возобновить работы по таким авто, публиковались даже характеристики таких паровых авто!
Все удачные модели паровых двигателей или двигателей внешнего сгорания, не опечатка именно внешнего, убираются по сукно (выкупаются все патенты и права). Связано с боязнью обрушить международный нефтяной рынок. Как исчерпают дешевую нефть - так те же нефтяные компании и выкинут на рынок паромобили.
Тепловые машины поделили рынок следующим образом:
1 Газотурбинные двигатели. Эти летают. В пропеллерном либо в турбореактивном виде.
2 Дизеля. Эти ездят там, где оплата происходит за тонно-километр. Грузовые автомобили, тепловозы и корабли.
3 Бензиновые двигатели. Легковые автомобили, катера и малая авиация.
4 Ну и внешнее сгорание, включая атомные реакторы. Применяется там, где не важны вес мотора и его габариты. В основном в стационарных электростанциях.
Исключения, подтверждающие правило:
1 Легковушка с дизельным двигателем. Используется для такси.
2 Ледокол с атомным двигателем. Он настолько большой, что может нести свой двигатель.
3 Танк с газотурбинным двигателем - ну, у военных много чего может быть.
Легковушка с дизельным двигателем. Используется для такси.
- Вот не знал.... В Германии дизельных частных авто больше чем бензиновых. Все такси? В том числе и у меня?
ещё тепловозы с газотурбинными двигателями есть.
и насчёт ледоколов - у "мощных" ледоколов, предназначенных для работы при сверхнизких температурах, для предотвращения "обмерзания" обогревается весь корпус - а это прорва тепла - собственно на этот обогрев и уходит большая часть тепла от реактора.
КПД паровоза 12-14%
КПД тепловоза - 25-30%
Основная проблема паровоза в том что его нужно два часа разжигать и прогревать в то время как дизель выходит на режим через 5-10мин,
Вторая проблема - безопасность, дед мой был машинистом, рассказывал как в депо взорвался котел паровоза, крышу, говорит, сняло подчистую, людей поубивало и покалечило.