Форум

Поскольку уважаемый kraz считает нижеследующие рассуждения слегка бредовыми, то я решил не засорять больше ненужными комментариями статью "Паровой молот", а вынести свои рассуждения на форум.

Итак, для попадандца, угодившего в конец 18 века, kraz предлагает следующую конструкцию "усовершенствованного" молота: из конструкции рычажного молота с водяным колесом исключить все кроме бабы и наковальни, бабу соединить со штоком вертикального парового цилиндра одинарного действия и установить в направляющие. kraz согласен, что цилиндр двойного действия из-за технических ограничений этого времени изготовить проблематично.
Утверждается, что такая конструкция из-за строго вертикального хода молота сразу же позволит быстрее и эффективнее ковать более крупные поковки, чем водяной рычажный молот, и мгновенно вытеснит его из этой ниши.
Об экономике процесса речь даже не идет, потому как очевидно, что паровой молот в десятки, если не в сотни раз проигрывает водяному как по стоимости самого механизма, так и по стоимости топлива и обслуживания.
98% энергии сожженного угля, улетающие с ветром, kraz предлагает отбивать укрупненным размером поковок, которые якобы невозможно отковать на водяном молоте.

Предлагаю оценить детально, есть ли у гипотетического паровика kraz'а такие технические преимущества, которые позволят ему вытеснить традиционный молот из этой ниши.

Львиная доля этих самых преимуществ определяется лишь двумя показателями - энергией удара и их количеством за единицу времени. Потому как только от них зависит количество нагревов, а значит потери металла, время и стоимость топлива и труда на изготовление одной поковки. Причем для крупных поковок это выражено еще сильнее - их нагрев в разы медленнее и затратнее, что сразу же поднимает стоимость повторных нагревов в несколько раз.
Все остальные неудобства - негоризонтальное положение бойков во время удара и так далее, квалифицированный кузнец просто не замечает. Любой владелец молота в первую очередь предприниматель, и главное для него - сэкономить, а уж потом облегчать себе и рабочим жизнь.

При одинаковой мощности, выдаваемой движителем, конструкция с маховиком и рычажным молотом запасает почти вдвое больше энергии за время одного хода. Я думаю, это очевидно. В вертикальном молоте одинарного действия энергия запасается только во время поднятия бабы. Маховик же (у водяного молота маховиком служит само водяное колесо) крутится всегда. Во время поднятия рычага кулачком он тормозится, отдавая энергию, во время удара ускоряется от движителя, запасая её.
Длинные плечи рычажного молота, имеющие к тому же вместе с тем солидную массу, и соотношение плеч хвостовика и рычага создают огромный момент инерции и превращают рычажник в неуравновешенный физический маятник, способный во время поднятия эффективно запасать двойную энергию от маховика.

Теперь рассмотрим потери энергии при ударе. У рычажного молота они очень небольшие - хорошо смазанная ось рычага имеет малую площадь контакта и забирает всего ~2% мощности на нагрев от трения.
У парового молота потери такие - трение плохо отполированного и неидеально соосного штока, цилиндра и направляющих отнимет порядка 10% мощности. Еще порядка 10-15% возьмет торможение штока вытесняемым из цилиндра паром.
Из всех этих рассуждений я делаю следующий вывод - даже при одинаковой мощности на валу движителя, рычажный молот поднимет бабу минимум на двойную высоту, либо сделает за то же время минимум в два раза больше ударов!

Теперь вспомним максимальные энергетические возможности паровых и водяных приводов во время Уатта.

Самая высокая мощность паровых машин в то время составляла около 20 лошадиных сил ( правда, это данные с учетом наличия в конструкции маховика 🙂 ), что обеспечивает подъем бабы в 1.5 тонны на высоту 2 метра за 2 секунды.
Водяное колесо на Кренгольмской мануфактуре на реке Нарове диаметром 9,5 м, шириной 7,5 м, развивало мощность 500 л. с. при напоре 5 м.
С плотины нижнетагильского завода Демидовых, по подсчетам современника академика Палласа, снималось больше 600 лошадиных сил.
Итого - максимальная доступная мощность движителя для водяного молота была больше в 30 раз!
30(максимальная доступная мощность)*2(конструкция)=60 раз. И это минимум!

Как вы считаете, на чем при возможности выбора будут ковать крупные поковки?

Идеальных вещей не бывает.
Да, замерзают. Но не везде. Южнее Рейна и Дуная, например, или в Китае - не замерзнут. А если через ларь идет достаточно сильный поток воды, то он может замерзнуть достаточно поздно, или не замерзнуть вообще.
Особенно если перед колесом, например, сток из теплообменников сбрасывать.

И от засух тоже страдают, и от половодья. Но дешевые, заразы, и КПД приличный - процентов 80%, в отличие от смешных нескольких процентов у парового молота.

Насчет двухстадийного сравнения - в принципе согласен. Я вроде бы и старался их разделить - сначала сравнил механизм с маховиком и без, а после уже движители.

По первому пункту основная мысль такая - пока габариты и материалы позволяют, маховик есть однозначно полезнейшая вещь, без которой конструкция проигрывает по многим параметрам.
По второму пункту, даже если не брать экономику - с уаттовскими машинами никакого эксклюзива не получится, нишу самых крупных поковок однозначно займут молоты с водяным приводом.

А если есть машины не уаттовские, то бишь с точным цилиндром из хорошей стали, надежными трубами с паром высокого давления - то с такими технологиями паровики тоже идут лесом в силу своего безобразного КПД, и на сцену выходят уже гидравлика и пневматика.

Цитата vashu1 May 5, 2013, 20:41

Низкий КПД и дороговизна топлива это не довод против парового молота. Это довод против паровых машин вообще.

Вообще говоря, машина Уатта имеет КПД порядка 16-20%.
Вертикальный молот - 2-5%.
И именно принципиально неустранимые недостатки конструкции вертикального молота делают его КПД таким низким.
В молоте нужен намного более длинный и узкий цилиндр. Это обеспечивает длинный ход и увеличивает мощность, но также увеличивает и потери на трение.

Невозможно установить котел непосредственно рядом с цилиндром - необходим паропровод, а это потери давления и температуры.

Невозможно направить отработанный пар в относительно медленный конденсатор, тем самым заставив его совершать полезную работу, как это делается в машине Уатта.
Наоборот - его нужно как можно быстрее сбросить через сопун в атмосферу. Но опять же - мгновенно этого не сделать, и вытеснение штоком остатков пара тоже вызывает потерю мощности удара.

Самые мощные машины Уатта - горизонтальные. Цилиндр молота вертикален и у него нет маховика - тем самым устраняется аккумулятор энергии и именно при рабочем ходе нагрузка на шток гораздо выше.
Следовательно, для сохранения скорости необходимо повысить давление. А чем больше давление, тем горячее отработанный пар - а значит, ниже КПД.
Чтобы увеличить мощность молота, нужно повышенное давление пара и цилиндр двойного действия. Но тогда еще больше еще более горячего пара просто выбрасывается в воздух, и КПД уменьшается еще в два раза или больше.
Вот так и получается порочный круг - чем больше мощность и выше давление, тем ниже КПД.

Я бы хотел повторить, что идея вертикального молота не есть изобретение Несмита. Такая вещь, как копер с блоком и тросом, известна несколько тысяч лет.
И Уатт, несомненно, был в курсе дела.
Поэтому в его молотах и были маховики, хотя kraz их и не заметил.

А у нас есть исторический факт - успешный бизнес Уайта.

Своим успехом он обязан чему угодно - патентным отчислениям, текстильной отрасли и шахтным насосам, но никак не молотам.
Лично я знаю только о двух изготовленных им молотах, самый мощный из которых был около 3-5 л.с.

С удовольствием взгляну на более конкретную конструкцию рычажного молота с водяным приводом мощностью в 600 лошадей - в конце концов смех помогает здоровью.

Уважаемый vashu1! Я уже знаю, что вы любите посмеяться. Но, честно говоря, мне как-то поднадоел обмен остроумными фразами. Хотелось бы как-то побольше конструктива.
Не вижу, что именно вызывает ваш сарказм.
Поэтому если вы настроены вести обсуждение, пожалуйста напишите конкретные ошибки, которые вы видите в моих рассуждениях и приведите ваши аргументы.

Если вас смущает цифра 600, то я не случайно употребил слово "потенциал". 20 и 600 - это примерные верхние границы, ограничение мощности.
Но - известны как реально существовавшие колеса, одновременно снимающие по крайней мере 300 л.с., так и рычажные молота на 8 тонн и мощностью примерно 100 л.с.
О паровых машинах конструкции Уатта мощнее 20 л.с. мне неизвестно.

Не забудьте оценить стоимость строительства дамбы высотой в 7-10 метров полива даровой водой вашего чудо-колеса.

Дамба в 7 метров не являлась чем-то выдающимся на конец 18 века. Громадное число мануфактур, лесопилок, да и просто мельниц по всему миру от Китая до Америки имели именно такие.
Наличие леса в округе также было обычным. Любая артель плотников человек в пять и чернорабочих человек в десять изготовляла такую плотину из местного леса за пару-тройку недель, пользуясь одними пилами, топорами и веревками.
С первой попытки, по стоимости сравнимой со стоимостью сруба дома. Ну, или двух домов.
С колесом, конечно, нужны были мастера поопытнее и подороже, но и колеса делали уже века четыре и мастеров было множество.

Если уж мы сравниваем честно, то вы также не забудьте, что котел, паровой цилиндр, шток, паропровод и золотники - это еще не все.
Есть еще стоимость отливки и точно горизонтальной установки станины из самого лучшего чугуна, стоимость труда высококлассных мастеров-плотников и каменщиков, которые понадобятся для усиленного компактного фундамента, который будет держать колебания всей этой махины, стоимость уникальных анкерных болтов и стоимость выведения как можно более точных размеров, симметрии и полировки направляющих и бойков - поверьте, без всего этого вертикальный молот просто заклинит после первого же удара, хоть kraz и не хочет этого признавать.
Еще будет стоимость доставки и сборки - в отличие от плотников, в соседней деревне все эти люди не живут и не работают.

И наконец, умножьте все это раза в полтора-два - с первой попытки вряд ли получится, что-то из этого да сломается.

А если нет, то ставить вопрос ребром когда речь идет о молоте с мощностью в десяток лошадей... Сойдет и рычажный водяной, и паровой.

Понятное дело, ни о каких крупных поковках, на которые напирает kraz, при такой мощности никто и думать не будет. Крицы, лист, подковы, топоры - пожалуйста.
Короче, все что столетиями ковалось и куется на водяных молотах.
Паровой, но, опять же - горизонтальный, рычажный, с маховиком - может быть...
Если зима очень холодная, или воды вообще рядом нет, но зато есть куча халявного угля, который больше ни на что не годится.
И уж совершенно точно никаких вертикальных молотов никто в здравом уме делать не будет.

Собственно, именно это я с самого начала и говорил.

На самом деле, я подозреваю, почему речь зашла именно о вертикальном молоте - скорее всего, это просто стереотип.
Во всех книжках фантасты, ни разу того молота не видевшие, но зато читавшие других фантастов, дружно повторяют - хочешь завалить мир штампованными деталями - делай вертикальный молот!

Пример ваш очень неудачный.
Ни мисок, ни касок, ни ложек, ни гильз, ни чего-то другого из листа на молотах никто и никогда не штамповал и не штампует.
Для листовой штамповки нужна малая скорость движения металла и большое усилие. И смазка.
Молот неизебежно порвет лист.
Тут как раз нужен тихоходный и мощный пресс.

Давайте возьмем реальный пример для молота - горячая объемная штамповка. Например, заготовки под слесарку.
Готовые детали горячей штамповкой никогда не делали. Только заготовки. Штампуют не для упрощения технологии, а только для экономии металла. Так что наличие молота не спасает от необхоимости иметь целую мануфактуру для окончательной обработки.

В вертикальном молоте из-за неравномерности течения металла в штампе возникает точно такой же перекос бойков, как и в любом другом.
И с этим точно также необходимо бороться.
А борются с помощью таких вещей, как грамотный замок штампа и грамотная конфигурация облоя. Именно они, и ничто другое, обеспечивают нужную картину усилий.
Самые производительные автоматы для ГШ, кстати, как раз горизонтальные.
На самом деле вообще абсолютно без разницы, под каким углом расположен разъем штампа. Лишь бы усилие в момент удара шло более-менее по нормали к нему. Надеюсь, понятно, что любой молот, в том числе рычажный, в состоянии это обеспечить.

Это что касается штамповки.
Для ковки же вообще без разницы, как у вас бойки расположены - там все квалификация мастера решает.

kraz, мы начинаем повторяться.
Про то, почему паровые молота появились и почему исчезли, я уже все написал.
Гидравлические прессы были уже. Модсли свою знаменитую V-образную манжету как раз для них и придумал.

Другой штамп - это не только другая толщина. Это другие углы скоса в ручьях, другие замки и совершенно другая конфигурация облоя.
И количество самих ручьев другое.
Не молот выбирают под штамп, а штамп проектируют и изготавливают под имеющиеся молот и нужную деталь.
И штамп для одной и той же детали можно с успехом спроектировать и сделать как для вертикального, так и для рычажного молота.
И это верно для любых молотов и прессов.

Давайте чтобы быть уверенными, что мы с вами на одном языке говорим, вы прочитаете учебник по штамповке.
В главах по листовой штамповке очень доходчиво написано, почему ни горячий, ни холодный лист на молоте не штампуют.
И про штампы, и про их проектирование тоже написано.

А мне на эту тему объяснять ничего не надо - за шесть лет в институте все уже доходчиво объясняли, с примерами и на практике 🙂

Цитата xolmc May 6, 2013, 22:10
Вообще говоря, машина Уатта имеет КПД порядка 16-20%.
Вертикальный молот - 2-5%.

До 20% доползли разве что самые последние машины Уатта, да и то сомневаюсь. А первые имели скорее те же 3-5%. Откуда взята эта цифра для паровых молотов?

Если вас смущает цифра 600, то я не случайно употребил слово "потенциал". 20 и 600 - это примерные верхние границы, ограничение мощности.

Если почитать внимательнее про эти чудо колеса, то можно увидеть что по 30-60% мощности терялось при передаче на множественные станки по всяким шкивам. Водный молот на 600 лошадей... Да один рычаг будет чудом света. Молот в полсотни тонн. Кривошип, выдерживающий такие нагрузки...

Не забудьте оценить стоимость строительства дамбы высотой в 7-10 метров полива даровой водой вашего чудо-колеса
Дамба в 7 метров не являлась чем-то выдающимся на конец 18 века. Громадное число мануфактур, лесопилок, да и просто мельниц по всему миру от Китая до Америки имели именно такие.

Вы приводили примеры больших колес, и я не отрицаю их существование. Но это не очень честно, говорить про даровую воду, забывая про затраты на дамбы. Если посмотреть на сегодняшнюю ситуацию, гидроэлектроэнергия не больше чем вдвое дешевле электричества с теплоэлектростанций. И не будем забывать что для водной энергетики необходимы большие вложения вначале, окупающиеся десятилетиями, что для попаданца во времена со слабо развитой финансовой системой затруднительно. Если у вас есть более разумные оценки соотношения цены гидро и паровой энергии в те времена, с удовольствием послушаю. А "даровая вода" это демагогия.

Главный вопрос - что и вы и краз хотите ковать этими чудесами?

Когда Крупп привез на выставку в 1851 году 2х тонный слиток стали все были шоке - прошлый рекорд перебит вдвое.

Если есть необходимость обработки таких слитков то уже есть развитая промышленность. И обработка таких слитков еще долго оставались эпизодической и КПД молота особо роли не играл.

Так что и чудо водяного молота в 100 лошадей и парового лошадей на 50 попаданцу хватит на всю жизнь в единственном экземпляре.

Главный вопрос - что и вы и краз хотите ковать этими чудесами?

Вот в том-то и дело, что до паровых машин ковать нечего. А если есть паровые машины - то логично строить и паровые молоты.

Возможно - точных данных именно по машинам Уатта я не нашел.
Как известно, изобретения Уатта состояли в том, что он с помощью конденсатора, неполного заполнения цилиндра, двойного действия и паровой рубашки поднял КПД машины Ньюкомена примерно в 5 раз.
Соответственно, при исключении всех этих вещей, которые в молоте применить невозможно, КПД упадет обратно.
Если говорить честно, то лично я сильно сомневаюсь, что цилиндр Уатта вообще сможет сдвинуться с места с висящей на нем бабой хотя бы в полтонны.

Тут довольно забавная история, явно показывающая глубину "ума" предков. В машине Ньюкомба пар конденсировался прямо в цилиндре, разбрызгиванием холодной воды. Соответственно энергия тратилась на бесполезный нагрев/охлаждение цилиндра. Все что сделал Уатт в первых машинах - вывел конденсацию во внешнее, самое примитивное устройство. Те эти машины были проще некуда.

http://en.wikipedia.org/wiki/Old_Bess_%28beam_engine%29
30 лошадей
84 сантиметровый цилиндр и давление в полатмосферы. Те тяга цилиндра порядка 4 тонн. Полутонную бабу явно подымет.

Конечно, не хотелось бы касаться экономики, особенно экономики 18-19 века, потому что тема уж больно скользкая...
Но хорошо, давайте попробуем посчитать.
К примеру, полная стоимость очень большой по тем временам (середина 18 века) плотины Унженского завода братьев Баташевых составила 24085 рублей.
Донецкий уголь в те времена стоил примерно 4 копейки за пуд - правда, непосредственно на месте добычи, ну да ладно.

Спасибо за цифры. Источник не подскажете? Пригодится не только для этой темы.

По экономике конечно можно рыться долго.
Например плотины то строили из бревен и земли и чтото мне подсказывает что расходы на ремонт были немаленькие - дерево гниет а грунт размывает. А паровой (да и водный) молот все таки работал не круглосуточно.

Тем не менее согласен. Похоже гидроэнергия и в те времена была подешевле. Но...

Если есть необходимость обработки таких слитков то уже есть развитая промышленность.

Полностью согласен. Именно это я и пытался втолковать в комментах с самого начала.
Раз есть с одной стороны развитая промышленность, с другой послезнание, то зачем выбирать заведомо тупиковый и дорогой вариант?

Развитая промышленность -> большое потребление энергии -> все хорошие места(под бревно-гррунтовую технологию плотин) под плотины в 19 веке заняты.
Да, мы знаем что гидроэнергия дешевле. Так ведь не хватит. Разве что норвегия какая-нибудь может выехать на одной гидроэнергии.

На самом деле, если вы еще с этим не сталкивались, то возможно открою загадочный факт.
Даже сейчас большинство из тех, кто принимает решения в крупных компаниях на удивление технически неграмотные люди, да к тому же есть ещё куча факторов, которые кроме технологий на него влияют.

Я имел дело топменеджерами больших технических компаний(геофизика - георазведка для нефтянников) и видел принятия повседневных решений на таком уровне. Если процесс налажен до мелочей то некомпетентность и самодурство могут цвести пышным цветом.
Но если нет - или человек на верху понимает общую картину лучше любого узкого специалиста или все встанет. За пару месяцев.

Пока гидравлика была игрушечная, типа пресса Газвелла 1859 года, на неё никто и внимания не обращал.
Но как только люди с помощью Витворта поняли, что можно строить гидравлику сравнимой с молотами и даже большей мощности, то практически сразу стали на неё переключаться.

Я не против гидравлики. Но на уровне деталей в ней не разбираюсь. Мне кажется надо еще доказать что гидравлику можно начать строить с теми же технологиями что и Уаттовские паровики. Уплотнения всякие, необходимая точность.
Если нельзя то будет зазор, в который придется таки строить паровые молоты.