При обсуждении простейших пароходов быстро всплывает проблема котла. Он должен быть ОЧЕНЬ большим. На первых пароходах с их скромными скоростями в 5-7 узлов паровая машина занимала треть судна, в основном за счет котла. Почему? Короткий ответ — теплопроводность.
Хорошо известный по повседневному опыту факт — горячее тело отдает тепло холодному. Простейший случай — прохождение тепла через пластину, на разных сторонах которой поддерживается разная температура. Скорость передачи тепла прямо пропорциональна площади пластины, разнице температур на ее сторонах, способности ее материала проводить тепло и обратно пропорциональна ее толщине. Попросту говоря большая пластина из тонкого металла пропустит больше тепла чем маленькая, но толстая, деревянная; при увеличении разницы температур тепловой поток усилится, при уменьшении ослабнет.
Разные материалы по разному проводят тепло, именно потому инкубатор окружают слоем опилок, а не чугунной стенкой. Чем толще слой, тем меньше теплопотери, именно поэтому стенки металлургических печей такие толстые. В этих случаях нам хочется уменьшить поток тепла, в котле же нам надо максимально увеличить теплопередачу.
Во времена Уатта использовалось простое правило — квадратный ярд котла на лошадиную силу паровой машины. При типичном КПД порядка 5 процентов это примерно 5 киловатт тепла с квадратного метра. Несложно прикинуть что если попаданец не сможет изготовить котел из сотен труб и будет вынужден довольствоваться обычным цилиндрическим, то его размеры будут быстро увеличиваться. Скажем цилиндрический котел с диаметром в 4 метра и длиной в 8 метров будет вмещать одной воды под сотню тонн, при этом выдавать пара всего на 90 лошадиных сил.
Может ли попаданец улучшить эту цифру?
Простейший способ увеличить количество пара с котла — просто поместить его в большую топку. Перепад температуры между кипящей водой и топочными газами составит сотни градусов и теплообмен резко усилится. Проблема в том что тепло будет не успевать переходить от пламени к воде. Из трубы будет идти очень горячий воздух, унося с собой большую часть тепловой энергии и КПД котла и всей паровой машины резко упадет.
Если мы не можем увеличить площадь котла, мы можем попробовать применить более тонкие листы или металл который лучше проводит тепло. Но обычное железо даже при сантиметровой толщине пропускает через себя 10 кВт тепла(в два раза больше!) на квадратный метр уже при ничтожном перепаде температуры в один градус. Поэтому уменьшение толщины стенок или использование меди практически не изменит ситуацию. Вода обладает небольшой теплопроводностью, но при закипании ее активно перемешивает возникающий пар, поэтому теплопроводность воды также не является узким местом. Проблема котла лежит в низкой теплопроводности воздуха, а с ней попаданец ничего не может поделать.
Проблема размеров котла решается при увеличении давления в нем. Дело в том что большая часть энергии в паровой машине уходит на нагрев воды до 100 градусов(320 кДж на кг если греть 20 градусную воду) и превращение ее в пар(2260 кДж на кг). Эти затраты позволят нам получить пар с атмосферным давлением. На то, чтобы удвоить давление пара надо потратить всего 40 кДж. Потратив на полтора процента больше тепла мы увеличим совершаемую паром работу на 75 процентов! Если нам нужно меньше пара для той же мощности, то мы можем обойтись котлом поменьше. Но для этого нам придется увеличить температуру пара, что сразу создаст проблему с примитивными прокладками из пеньки и смазкой из органического масла. Применение больших давлений потребовало улучшения технологии, которого удалось добиться лишь к началу второй трети девятнадцатого века.
На этом моменте обычно вспоминают про чудесный прямоточный котел. Вот как выглядит типичное попаданческое решение.
В свое время, когда я еще не был уверен, что отправлюсь в прошлое, но вполне допускал такой вариант, я познакомился с одним живущим в соседнем доме пенсионером, увлекающимся историей парового флота. Когда я сказал ему, что на технологиях середины девятнадцатого века можно создать котел с давлением в пятьдесят атмосфер, он долго смеялся, а потом объяснил мне, что тогда даже пять были недостижимой мечтой, а двадцатиатмосферный рубеж с трудом преодолели к первой мировой, да и то далеко не все. Так как свободного времени у меня было до фига, а, кроме того, хотелось проверить кое-какие мысли, то я предложил ему пари, что сделаю такой котел, причем максимум за неделю и из подручных материалов, используя свой настольный станок «Универсал».
И действительно сделал, причем довольно просто. Ведь прямоточный котел представляет из себя всего лишь змеевик, нагреваемый пламенем горелки. Вода подается в него под давлением, и, согласно проходимой еще в средней школе физике, под точно таким же давлением с противоположного конца трубки свищет пар. И от конструктора требуется только подобрать такую трубку, которая выдержит заданное давление.
Насос я сделал очень просто, в виде толстостенного вертикального цилиндра. В него заливалась вода, а сверху под давлением подавался углекислый газ из баллона. Затем намотал из толстостенной медной трубки трехслойную спираль, теплоизолировал ее асбестом, просунул внутрь сопло паяльной лампы и пригласил соседа на испытания. Пока не кончилась вода в цилиндре-насосе, мое устройство исправно гнало пар под давлением в семьдесят атмосфер.
Что интересно, сосед обиделся. Как же так, в авторитетных источниках написано одно, а тут какой-то с трудом закончивший заочный институт самоучка все делает не так, то есть неправильно, но оно у него почему-то работает!
Человек просто не учел масштабного фактора. Ибо то, что невозможно для мощности в десятки тысяч лошадиных сил, может оказаться вполне работающим на просто десятках, без тысяч. Но на малых кораблях в основном используются дизели, поэтому такая схема и не получила распространения. Однако на «Чайке» у нас стояли примерно такие котлы, только с более сложными водяными насосами и конденсаторами отработанного пара. «Эмигранты», Величко А. Ф.
Внимательному читателю уже понятно в чем тут дело. Описанная конструкция вполне реальна, проблема лишь в том что она не улавливает большую часть тепла пламени паяльной лампы и КПД такого котла смехотворно мал. К тому же речь идет о очень небольшой мощности. Котел способный обеспечить работу паровой машины в десяток лошадиных сил выдавал бы порядка 40-50 литров пара в секунду и быстро превратил бы комнату в сауну. Прямоточность не решает проблемы низкой теплопроводности воздуха, так неохотно отдающего энергию стенкам котла.
Каковы его преимущества? Такой котел может быть устроен относительно просто — несколько спиралей из гнутых труб, такую конструкцию любили ставить на паровые автомобили. В более сложной конструкции поток топочных газов идет противотоком относительно воды. Это позволяет чуть улучшить КПД котла. Такой котел можно очень быстро приготовить к работе — лучшие автомобильные разогревались за полминуты. Плюс, в таком котле решаются проблемы связанные с эффектом Лейденфроста — при увеличении температуры стенок, между ними и водой может образовываться паровая рубашка, замедляющая теплообмен(в попаданческих котлах низкого давления такой проблемы не возникнет).
Эти достаточно скромные достоинства прямоточного котла плохо компенсируют его недостатки. Такой котел капризен к чистоте воды — ведь вода окончательно превращается в пар на небольшом участке и все примеси выпадают на стенки именно там. Он куда капризней к постоянству режима — колебания в количестве воды и тепла приведут к скачкам давления или перегреву стенок.
Так что легко доступного попаданцу способа уменьшить размеры котла просто не существует.
Надо просто сразу перейти нафиг на газогенератор и цикл Ленуара, пропустив всю байду с паровыми двигателями как таковыми.
В девятнадцатом мечтали сделать ДВС на угольной пыли. Попыток было много но все провалились — зола от угля действует как абразив и разрушает цилиндры.
В газе от генератора примесей меньше, но все равно делали фильтры — большая коробка с металлической мотней, потом еще коробка с опилками. Но даже так ресурс получался в разы меньше чем у ДВС на бензине.
В общем работать будет, но ресурс рядом с паровиками даже близко стоять не будет.
Газ можно спокойно фильтровать через воду, будет 100% избавление от пыли. Воду правда придется часто менять, фильтр будет здоровым, а получившуюся дрянь придется куда-то сливать, но в принципе дрянь там тоже полезная получается, те же столбы пропитывать…
Заодно и газ охладится, КПД двигателя будет выше.
Да неужели. И никто не догадался, какая жалость.
Использовали вовсю.
Другое дело, что в масштабах автомобиля это сделать сложно и морочно, получится девайс размером с сам газогенератор. А для насосов Гемфри например вполне себе делали.
/Газ можно спокойно фильтровать через воду, будет 100% избавление от пыли. /
часть брызг пойдет с газом, а с ними — и отмытая дрянь. Кроме того, 100% фильтрации и так не будет — разве что слой воды сделать толщиной в километр.
… у меня как-то с лабораторной установки синтеза формальдегида пошел аэрозоль (буквально дым, но не продукты горения), который совершенно не фильтровался тремя последовательно соединенными склянками Дрекселя.
Фильтровать можно, но простая барботация = херовая эффективность. Фильтрация газов — отдельная немаленькая наука ))
Ну и охлаждая входящий газ КПД не повысишь (точнее, будет смесь противонаправленных эффектов с непредсказуемым балансом).
А эта штука на самом деле не работает и миф? https://youtu.be/z6jOHXHjBa0?t=181
Работает, но в масштабах автомобиля, а не парохода 🙁
Кроме того многометровые стальные, бесшовные трубки это та еще задачка, раньше конца 19 века она не решалась от слова совсем.
Работает. Но у реальных авто котел побольше чем этот тазик https://youtu.be/z6jOHXHjBa0?t=259
Например
http://www.metodolog.ru/01609/1.files/image010.jpg
http://www.stanleysteamers.com/photoalbum/theobald/1908EX-JeffTheobald2.jpg
http://www.stanleysteamers.com/photoalbum/chaplinpix/mtwash4a.jpg
Изнутри https://youtu.be/rUg_ukBwsyo?t=199
Если у вас есть длинная стальная бесшовная труба, то все замечательно. Если нет — то надо делать уйму соединений, а с таким количеством соединений и обычный трубчатый котел можно соорудить. Стартовать он будет медленней зато не будет проблем с чисткой. У Model B Добля проблемы прямоточника вполне проявлялись — неустойчивость режима, загрязнение трубок.
// Двигатель тянул рывками, не выдерживал постоянный момент вращения на валу. Смесь масла с водой в трубчатом паровом котле могла вызывать весьма опасное пенообразование и угольные отложения. Несмотря на изощренные автоматические регуляторы, поддерживать соответствующий уровень воды в паровом котле при долгосрочной эксплуатации оказалось не так уж и просто, а это влекло за собой прогоревшие трубы и другие, более тяжелые поломки.
Я тоже делал расчеты водного котла ради интереса, и у меня получилось что теплооьмен с воздухом вообще единственное что важно во всей системе, собственно вы так же и написали.
теплопроводность газов еще отвратительна тем, что на больших поверхностях развивается толстый пограничный слой, и он растет примерно в корне квадратного от длинны детали по потоку газа. Т.е. в идеале деталь должна резко начинаться и резко коныаться, тогда пограничный слой будет минимален по толщине соответственно передача будет лучше.
Еще там влияют пло ность и скорость газа, но это в котле увеличить сложно.
Что если использовать перье-подобные структуры? толстый стержень который передает тепло к котлу, а на него намотаны обрезки проволоки которые представляют идеальный теплообменник с точки зрения наивной формулы толщины пограничного слоя. плюс это проще сделать чем трубки.
Да, я тоже думал о усложнении формы поверхности. Но на длинном стержне теплопроводностью металла уже нельзя пренебрегать, а мелкие рельефы будут забиваться сажей. Рекордный котел сделать можно, но он будет геморройным в изготовлении и обслуживании. В общем пути есть, простых путей нет.
Искуственная турбулизация пламени акустикой,
можно расчитать форму котла\труб чтобы возникали устойчивые звуковые колебания и использовать их для сбивания сажи и пограничного слоя, такое применяется в новых котлах.
Пример — резонатора
https://ru.m.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0%B7%D0%BE%D0%BD%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80_%D0%93%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BC%D0%B3%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D1%86%D0%B0
Есть и более простые варианты такой как подбор длинны трубы и размера топки.
Гофрирование тоже может помочь, но эффект все же на порядок меньше чем от более развлетвленной структуры.
А вот про пограничный слой это хорошо. Накладки с пластинчатыми турбулизаторами на большой цилиндрический котел себя оправдают, я думаю.
Может я слишком плохо разбираюсь в паровых котлах но я не понимаю в чем сложность сделать дымогарные трубки. Они конечно бутит самозасираюшимися но при особом желании можно их даже чистить не снимая котел с эксплуатации. По моему у паровой машины есть 2 тонких места: внутренняя поверхность цилиндра с поршнем и соединения которые должны работать под давлением (если тонким местом становится сам материал значит вы делаете что то не так).
Какая разница, будет горячий воздух снаружи трубок или внутри? Как это на сложность повлияет?
На сложность может и нет, а вот на массу вскипяченной воды да. Чем меньше воды кипит в данный момент, тем лучше, не зря говорят, что в каждом литре воды таится динамитная шашка. Водотрубный котел не взрывается, только течь дает.
С учетом того, какой проблемой за всю жизнь паровых машин были взрывы котлов (в штатах до сих пор любой бойлер подлежит официальной инспекции до начала эксплуатации), водотрубный выглядит привлекательнее.
В то время для смазки механизмов применялся китовый жир. С ростом давления растет и температура пара и органическая смазка начинает разлагаться.
Китовый жир до 1973 года применялся для смазки АКПП.
Попаданец должен начинать не с конструкции котла.
Рабочие давления паровых машин начали расти после того, как машиностроение перешло с кованой и неоднородной пудлинговой стали на литую и однородную конвертерную, а затем и мартеновскую.
Кто-нибудь может по памяти нарисовать фазовую диаграмму железо-углерод?
хех, если б диаграммой истинного раствора угля в железе всё ограничивалось )
и вообще, начинать надо не с металлургии… и даже не с геологии… а с логистики.
недаром вся цивилизация шла с берегов, причём морских… с небольшим отставанием шли берега речные… а всё остальное было глушью и дичью.
При оценке размеров котла основных соображений два: объём топки и площадь (и эффективность) теплообменных поверхностей. Со вторым можно сделать много чего (в том числе упомянутого выше), остаётся объём топки. Он определяется количеством сжигаемого в единицу времени топлива, вернее, необходимого для его сжигания воздуха (с определённым коэффициентом избытка, разумеется). Таким образом, при заданных паропроизводительности, параметрах пара и характеристиках (составе) топлива имеются следующие способы уменьшения объёма топки:
1. Топка с наддувом (давление в топке ощутимо выше атмосферного).
2. Улучшенное измельчение топлива (как твёрдого, так и жидкого) при сжигании в факеле либо использование кипящего слоя при слоевом сжигании.
2. «Аэродинамическая» интенсификация сжигания топлива- использование предтопков (циклонных, например), организация сложного движения среды внутри топки (закручивание, рециркуляция, встречные потоки и т.п.).
Некоторые из мер снижения объёма топки способствуют, заодно, уменьшению необходимой поверхности теплообмена.
Объем топки, опять таки по Уатту, квадратный фут на лс. По сравнению с площадью поверхностей котла это ниочем.
Где-то у вас объём и площадь перепутались.
Читать площадь. )
А я именно про объём. Вернее, про тепловую напряжённость объёма топки.
Что же до разделения топки и первичного теплообменника- то без дополнительных хитростей это ведёт только к росту габаритов котла. А если их не разделять- то о какой площади топки идёт речь? Поперечного сечения/колосниковой решётки?
// о какой площади топки идёт речь? Поперечного сечения/колосниковой решётки?
Да, площадь решетки.
// А я именно про объём. Вернее, про тепловую напряжённость объёма топки.
// тепловое напряжение топочного пространства ду, которое представляет собой отношение количества тепла, выделяющегося в единицу времени в 1 м объема топочного пространства
О чем статья. О том что примитивный беструбочный котел быстро растет в размерах при увеличении мощности. Соостветственно волноваться о том что у нас мало выделяется тепла не приходится. К сожалению, узкое место тут сам котел.
Вот если мы имеем дело с котлом с развитой поверхностью то тут все меняется и имеет смысл подумать о том чтобы сжигать топливо побыстрее. Но это уже относительно продвинутые технологии.
О, теперь, по ключевым словам «примитивный беструбочный», ясно, спасибо.
Единственно, вопрос: а разве самая (ок, одна из самых) «вкусность» попаданчества не в том ,чтоб пораньше получить оные продвинутые технологии?
Например, подумать, как увеличить эффективную поверхность теплообмена без трубок и сварки. Хотя, почему без сварки-то? Газовой хотя бы, если не электрической?
P.S. Техническое занудство: я как-то привык к терминологии, в которой «сам котёл»- это весь агрегат в целом.
Моя имха в том что в отсутствие реальной проверки нагромоздить фантазий можно много. Типа контроллируемым электролизом формируем фрактальную поверхность, ляляля-тополя.
В комментах таким бросаться можно, но в статью фантазии пихать неохота. Тут хотелось бы опираться на реальность.
Если посмотреть на те же паровики то заинтресованность в снижении веса котлов была и очень сильная, особенно у изобретателей паровых дилижансов. У них было и понимание теории и попыток была уйма. Те же прямоточники начали пытаться юзать еще в самом начале 19 века, экспериментировали с паровиками с рабочим телом из спирта и тп. Если никаких решений с котлами не вышло значит не все так просто.
// Газовой хотя бы, если не электрической?
Идея таки в попаданце не обладающем спец знаниями и умениями. Сидеть рядом с котлом сделанном на самопальном сварочном аппарате сварщиком порвого разряда я бы опасался. Ну а со спец знаниями и планер в египте сваять можно. Только тому кто на это способен статья не нужна, она его лишь повеселит.
Не-не-не, никакой экзотики! Я имел в виду исключительно простые технически, но неочевидные решения, наработанные за 20 век.
Но если мы говорим про котлы скорее дилижансной/катерной, чем крупнокорабельной мощности и (внезапно 😉 ) про снижение массы, а не размеров- то это малоактуально.
>> Я имел в виду исключительно простые технически, но неочевидные решения, наработанные за 20 век.
А можно поподробнее? А то намекать на тайные познания все горазды…
На вопросе от 15.07.16 at 01:33 не нахожу кнопки «ответить», так что пишу здесь.
Никаких тайных познаний, банальщина. Оптимальные, выверенные значения различных величин (тот же коэффициент избытка воздуха, хотя бы), оптимальные конструкции и размеры различных элементов и их расположение (теплообменники, горелки, коллекторы и т.п., кострукции горелок, аэродинамика топки), дополнительные элементы (типа водо- и воздухоподогревателей), тех же экранов на трубах водотрубных котлов, циклоны вместо/в дополнение к барабану или/и парочистители в барабане (для тех же водотрубных). Упоминавшееся уже сжигание в кипящем слое. Косвенно упоминавшееся оребрение трубок теплообменников.
Банально (х-ха!), методики расчёта, наконец.
Разумеется, для этого нужен попаданец с весьма значительным практическим опытом либо доступом к справочникам.
Ну дык. Опытный спец по котлам что-то да придумает. Профессиональный медик с опытом работы с странах третьего мира и без антибиотиков хроноаборигенов поразит. А хароший авиаконструктор и в Египте планер соберет.
Только через двухстраничную статью многолетний опыт профессионала не передашь(если он у автора каким-то чудом имеется, лол). В такой статье можно или рассказать про прорывную фишку, простую но неочевидную идею, или доступно, с цифрами, расписать энтузиастам почему всякие экранопланы и струнные транспорты не пошли в реале и скорее всего не пойдут и у попаданца.
А так в комментах я и сам могу, скажем предложить вместо парохода ваять электроход на https://en.wikipedia.org/wiki/Direct_carbon_fuel_cell
без сварки. хотя почему без? сварка ковкой или кузнечная сварка. или как полумера загонять холодные трубы в разогретую соединительную часть.
IMHO а резьбовое соединение? не забьюься ли все небольшие щели после недели «опытной экспулатации»? у нас же в трубах отнюдь не дистилят..
Я читал описания изготовления котлов при Уатте. Из собирали из листов клепкой и потом швы конопатили замазкой. С составом замазки помучились. Так что сомневаюсь что накипь будет так любезна чтобы заниматься герметизацией котла.
согласитесь что здоровенные листы собранные клепкой (соотвествующей эпохи ровности и тщательности отработки) и труба вкрученная в торцевую часть это несколько разные по размерам щелей вещи. (ps мы все помним что первым делом делаем токарно-винторезный станок 🙂 )
// труба вкрученная в торцевую часть
Инженера видно издалека. Ничего что у трубы два конца, а труб много? Не расскажете как вы вкрутите множество труб одновременно?
накипь (а точнее отложения) забивает 1/2 3/4 дюймовые трубы холодного водоснабжения до полной непроходимости. а там между прочим 4-6 атмосфер. да это немгновенный процесс. но ведь и нагрева нет. и вода проходит несколько стадий водоподготовки.
Сварку хотелось для изготовления экранов- сплошных панелей из труб с проставками.
Впрочем, примитивное экранирование типа металлического листа впритык за трубами- уже лучше, чем ничего.
» Ничего что у трубы два конца,»
нарезать резьбу в другую сторону на одном из концов?
/нарезать резьбу в другую сторону на одном из концов?/
как правило, на обоих концах трубного пучка — трубные доски с множеством отверстий. Одну трубу вкрутить с двух концов одновременно в две трубные доски — не проблема. А вот дальше трубные доски будут мешать встромлять трубу в начало резьбы обеих досок.
//vpotapov1
//как правило, на обоих концах трубного пучка — трубные доски с множеством отверстий.
Чисто технически проблема решаема.
Нарезаем на обоих концах трубы резьбу одну длинной Х а другую 2Х, в досках делаем сквозные резьбовые отверстия.
Вкручиваем в первую доску все трубы на 2Х.
Ставим поверх этого безобразия вторую доску и начинаем выворачивать трубы из первой доски одновременно вворачивая во вторую. Вуаля- получаем две доски соединенные трубами на резьбе…
Но сразу скажу, этот метод- говно!
Резьбовые соединения будут неуплотненные, течь будет из всех щелей, ремонту это все не подлежит да и для плотного расположения труб получится изобретать специнструмент чтоб выворачивать нужную трубу из пучка труб.
Как вариант решения без клепок и сварки:
Берем кучу труб (например устаревшие мушкетные стволы) нарезаем на концах у них концентрические углубления (можно и резьбу в принципе), располагаем в шахматном порядке и засыпаем формовочной смесью, а дальше отливаем доску (возможно сразу вместе с резервуаром) или из чугуна или из бронзы.
Для небольшого (паровозного или катерного) котла технология вполне годная.
Чисто технически проблема решаема.
Нарезаем на обоих концах трубы резьбу одну длинной Х а другую 2Х, в досках делаем сквозные резьбовые отверстия.
Вкручиваем в первую доску все трубы на 2Х.
Ставим поверх этого безобразия вторую доску и начинаем выворачивать трубы из первой доски одновременно вворачивая во вторую. Вуаля- получаем две доски соединенные трубами на резьбе…
Можно проще: нарезаем на концах трубы разную резьбу — на одном правостороннюю, на другом левостороннюю. При вращении трубы она будет ввинчиваться в доски с обоих сторон.
Но в реале так не делали, и скорее всего правильно, что не делали. Вставляли трубу отверстие, потом в отверстии ее с другой стороны раззенковывали, тем самым уплотняя соединение.
надо пробовать. конструкцию из двух торцевых пластин и 8 стержней я собирал. крутил двумя ключами за гайки навренутые «доупора» гайки (если делать по уму и сначала надо бы брать стержни у которых есть шестигранная часть за которую можно крутить)
но 8 понятно дело не 40. и стержни не трубы.
резьба в моем случае была вглухую поэтому более очевидный способо который предложил Grue чуть ниже (вкрутить на удвоенную глубину а потом выкручивать) был неприменим.
Я помню, читал книгу (одну из) Анатолия Маркуши, там было предложено деталь с внутренней резьбой нагреть так, чтобы расширилось отверстие внутренней резьбы для свободного прохода трубы с наружной резьбой. А при охлаждении аккуратно посадить на резьбу.
Но для теплообменника это, конечно, не пойдет.
Очень популярное изложение самой простой теории, спотолочные цифры и неверные выводы. 🙂
Огрубление вплоть до вранья.
Мощность передаваемого тепла зависит не только от площади, в первую очередь она зависит от толщины стенок (упомянуто вскользь), перепада температур и условий течения сред вдоль стенки (вообще ни слова).
Как раз-таки в нашем времени (буде попаданец ОЧЕНЬ умный или успел запастись спасительной флешкой на 2Тб со всей нужной литературой) решения существуют.
Но есть и простое, попаданческое решение для паровых котлов на жидком топливе (на нефти/мазуте паровозы и паровые суда ходили долго, и даже сейчас ещё на плаву): прямой впрыск/распыл воды в горячие дымовые газы. Удельная мощность — запредельная, порядка десятков МВт на кубометр. Кроме того, это способ получить прекрасные параметры пара не мучаясь особо с прогарами котла (завесное охлаждение у стенок звучит страшнее, чем выглядит в реализации).
Ессно, цикл придётся делать открытым, частично открытым или мучаться с очисткой воды, но принципиально — вот запросто.
Подобное даже без очистки будет за считанные часы в хлам загаживать паропроводы и поршни. И даже в теории подходит только для речных кораблей-ни поездам, ни морским кораблям такое не годится.
Вопрос чистоты топлива и воды. Топливо можно брать просто соответствующее: легкая нафта — почти чистый углеводород. В любом случае _достаточно_ чистый, учитывая, что вода у нас тоже не тридистиллят из лаборатории.
И к воде: паровозы и так имели открытый цикл и заправлялись водой на станциях. Именно той водой, которая шла в поршни и теплообменники. Теплообменников и проблемы накипи в них у нас нет — в чем же будет по-Вашему беда с поршнями? В реальности-то беды не было. 🙂
>> в первую очередь она зависит от толщины стенок
Для болтунов — цифры по стенке даны. Какой толщины должна быть металлическая стенка чтоб затруднить теплообмен?
// перепада температур
Чушь, перепад для котлов с разным кпд и одинаковыми топками один и тот же — температура пламени минус температура газов в трубе.
// условий течения сред вдоль стенки
Это влияет.
Итого на три утверждения два косяка. Статья полна ошибок, говорите…
// решения существуют
Только вы про них сообщить постеснялись.
Я знаю что у современных котлов тепловая можность на еденицу площади может быть почти вдвое больше. Только сильно сомневаюсь что это воспроизводимо попаданцем.
>> прямой впрыск/распыл воды в горячие дымовые газы
Имхо если есть достаточно такого топлива то лучше на двс переходить.
Но метод интересный, киньте подробности, посмотрим.
>> Для болтунов — цифры по стенке даны.
Вижу только «Но обычное железо пропускает через себя 10 кВт тепла(в два раза больше!) на квадратный метр уже при ничтожном перепаде температуры в один градус.» Про толщину стенки- ни слова, равно как и про связь между толщиной стенки, радиусом кривизны и выдерживаемым давлением. Равно как и про влияние накипи на теплопроводность.
Взяв Коэффициент теплопроводности железа 92 Вт/(м*К), получим толщину стенки 92*1*1/10000=9.2 мм. Нефиговая стенка трубки, однако.
Кстати, а заявленный выше «типичный КПД в 5%»- это какой КПД? Только котла, тепловой, или полный, от топлива до мощности на валу?
>> Какой толщины должна быть металлическая стенка чтоб затруднить теплообмен?
Любой. Без уточнения величины «затруднения» вопрос бессмысленен.
Ну, и чтоб не уже всё в одном месте
>> Дело в том, что обычный котел, выдающий пар с температурой в 150 градусов не может остудить топочные газы до более низкой температуры.
Водухоподогреватель? Не, не слышал.
P.S. Второй и третий комментарии преднамеренно даны с приближением к стилю автора.
Про сантиметр толщины в голове было, в текст не попало, пропустил.
Так я не понял, по вашему те доли градуса которые съест металлическая стенка, важны?
Доли градуса?
Если ещё что-то помню, то сейчас для получения адекватных размеров теплообменников задаётся расчётный недогрев около 5 градусов. Даже если это справедливо только для середины прошлого, 20, века…
В любом случае
1) Толщина стенок трубок/емкостей определяется из соображений прочности/стоимости/технологичности, а теповое сопротивление уж какое выйдет, максимум, снижают констуктивными мерами типа обсуждавшихся выше.
2) При примитивной/отчутствующей водоподготовке роль металла в тепловом сопротивлении не является определяющей.
3) Учитывая, что в зоне горения решающую роль играет лучевой, а не конвективный теплообмен, тут важнее состояние поверхности металла, наличие экранов и качество сгорания, чем толщина металла.
/Если ещё что-то помню, то сейчас для получения адекватных размеров теплообменников задаётся расчётный недогрев около 5 градусов./
это скидка на загрязнения. В любом реальном теплообменнике львиную долю перепада между средами приходится на загрязнения, и они примерно одного порядка с коэффициентами теплоотдачи по обе стороны стенки. Сам металл дает крохи. Новенький теплообменник теплообменит в разы лучше (по экв. площади), чем эксплуатируемый, если среда хоть как-то загрязнена. По паровым котлам — и говорить нечего.
Ну возьмите примитивную формулу коэффициента теплопередачи
http://tehtab.ru/Guide/GuidePhysics/GuidePhysicsHeatAndTemperature/ConvectionHeatTransfer1/HeatExchangerCoeffficient/
и поиграйтесь со значениями
(Павлов-Романков-Носков)http://www.ncm.unn.ru/files/2015/11/romankov.pdf
доступен в Сети.
Полностью согласен.
>Для болтунов — цифры по стенке даны. Какой толщины должна быть металлическая стенка чтоб затруднить теплообмен?
Для неграмотных и тех, кто не может в чтение: это не «цифры», это — бред.
— Петька, приборы?!
— 15!!!
— Что «15»?
— А что «приборы»?
Тепловой поток через стенку в стационарном случае (я уж не буду про уравнение теплопроводности, а то там же диффур, частные производные, болтовня сплошная) равен тепловому сопротивлению на разницу температур (с одной стороны стенки, с другой стороны стенки).
Тепловое сопротивление обычной углеродистой стали (не нержи!) можно брать как 0.023К*м/Вт. Тепловое сопротивление перехода «газ-поверхность» для большинства случаев гладкого металла (обратите внимание, это ВАЖНО — «гладкого металла») ГРУБО можно взять как 0.1К*м/Вт, так что да — оно тут определяюще.
Но это не значит, что тепловым сопротивлением металла можно пренебречь. Посмотрите сами: цифры сопоставимы. Уже при 5мм толщине тепловые сопротивления равны (а нам нужна и толщина, чтоб держать давление, и запас на прогар и коррозию).
Почему, думаете, теплообменники там, где это возможно, делают из меди?
Да, ещё добавляется сопротивление перехода «поверхность жидкость», но оно настолько сильно зависит от состояния поверхности и наличия накипи, что цифры могут гулять туда-сюда в сотню раз. Просто примем, что для чистого металла оно мало.
Теперь Вы возьмёте свою «гордость» назад, поправите статью, убрав оттуда бред, и извинитесь за «болтуна».
>// перепада температур
>Чушь, перепад для котлов с разным кпд и одинаковыми топками один и тот же — температура пламени минус температура газов в трубе.
Чушь лишь потому, что Вы неграмотны, и не понимаете, о каком перепаде речь.
Речь о перепаде температур «газ-жидкость». Тепловой напор, температурную разницу, которую нужно платить за наличие теплообменника. Чем она выше, тем бОльшую мощность можно прокачать через ту же площадь. Пропорционально. Линейно.
Если 600С газ и 300С вода — мощность одна, если 600С газ и 0С вода — мощность другая, в 2 раза выше (если в теплообменнике нет кипения, если есть, то это отдельная песня).
>// условий течения сред вдоль стенки
>Это влияет.
Ещё как.
>Итого на три утверждения два косяка. Статья полна ошибок, говорите…
Простите, ошибки опять у Вас. Не у меня.
>// решения существуют
>Только вы про них сообщить постеснялись.
Да. Потому что это отдельный, долгий разговор, который нет смысла вести, если нет понимания самых-самых основ теплообмена.
Тем более, что те же турбулизаторы потока и интесификаторы кипения — это ОЧЕНЬ сложная тема, в которой я могу в лучшем случае найти готовые решения. За этими штуками стоИт безумно сложная фундаменталка. Попаданец в лучшем случае сможет взять готовые решения «с флешки», но не посчитать (если он только докторскую в нашем мире на этом не защищал).
>Я знаю что у современных котлов тепловая можность на еденицу площади может быть почти вдвое больше. Только сильно сомневаюсь что это воспроизводимо попаданцем.
Вдвое, втрое, вдесятеро — об этом не имеет смысл говорить, пока мы не зафиксируем твёрдо параметры дымовых газов и параметры получаемого пара. Повысить удельную мощность теплообмена очень легко вообще без модификации железа — снизьте параметры пара (как, например, делали на самолётных паровых машинах). Разумеется, сразу упадёт КПД и параметры машины. Ну так инженерия — искусство возможного.
Но НЕТ НИКАКОГО смысла говорить об удельной мощности в отвязке от температур и давлений. Цифра, которую Вы назвали — представляет (если представляет) только исторический интерес: вот такие были машины, с такими параметрами, что инженеры предпочитали такой теплопоток. Их право.
Но не более. Это — выбор инженера, а не правила нашего мира.
>>> прямой впрыск/распыл воды в горячие дымовые газы
>Имхо если есть достаточно такого топлива то лучше на двс переходить.
Да, скорее всего.
Тем не менее, ниша есть.
>Но метод интересный, киньте подробности, посмотрим.
НЯЗ, он не применялся массово в нашей реальности: судовым двигателям компактность была не так важна (и даже паровозам), а когда потребовались массовые компактные двигатели поспел ДВС.
Минус способа очевиден: нужна компрессия топлива и воды на давление пара (у нас же высокое давление в камере сгорания), а это вовсе не так просто и дёшево.
Это был просто пример того, что каких-то сверхжёстких ограничений на _конкретный_ удельный параметр теплообменника паровой машины нет. Выбранные цифры — везде результат технических и экономических компромиссов. Выбранных конкретными людьми, в конкретных условиях, для конкретных нужд.
>> убрав оттуда бред, и извинитесь за «болтуна».
Я не стесняюсь извиняться и делать правки когда я неправ.
// Тепловое сопротивление обычной углеродистой стали (не нержи!) можно брать как 0.023К*м/Вт.
Т.е. теплопроводность 44 Вт/(м*К). Допустим. Т.е. сантиметровая(!) стенка при 10 кВт на м2 съест порядка 2.5 градусов. Температура уходящих газов в котле того времени порядка 300, а кпд порядка 70.
Теперь смотрим критику
// Мощность передаваемого тепла зависит не только от площади, в первую очередь она зависит от толщины стенок
Ну что, есть смысл делать делать стенки очень тонкими или котел из меди?
// Просто примем, что для чистого металла оно мало.
А теперь со мной согласились и в следующем абзаце требуют извинений. Мамма миа.
// Мысль хотелось донести простую: в два раза больше дельта-Т — в два раза больше теплопоток.
Про то что скорость теплопередачи зависит от перепада с статье есть, то что можно увеличить удельную мощность котла ценой падения КПД в статье тоже есть.
Известен способ увеличить этот перепад для попаданческого котла без падения КПД? Вперед болтунишка, накатай один абзац как я должен был разъяснить это в статье и если три коментатора скажут что они поняли по этому абзацу чтото чего не было в статье, то будут тебе извинения. Если там будет что-то интересное то я даже не буду ждать гласа народа.
Простой и понятный критерий. Говоришь что нужно было сделать иначе? Пи..еть все горазды. Покажи как это нужно было сделать.
// турбулизаторы потока и интесификаторы кипения — это ОЧЕНЬ сложная тема, в которой я могу в лучшем случае найти готовые решения. За этими штуками стоИт безумно сложная фундаменталка. Попаданец в лучшем случае сможет взять готовые решения «с флешки»
Попаданчество это не перерисовывание чертежей(бесполезное в отсутствие технологий воплощения чертежей в металл). В общем ничего полезного не знаешь. ЧТД. ПШНХ.
// судовым двигателям компактность была не так важна (и даже паровозам)
Вот паровоз https://i.ytimg.com/vi/UMGEbbRUTSI/maxresdefault.jpg
Видишь большую цилиндрическую штуку? Вот она изнутри
https://img-fotki.yandex.ru/get/3007/137106206.662/0_1a0339_49e33dd6_orig.jpg
Вес паровозов достигал сотен тонн. На хлипких путях того времени вес паровоза был большой проблемой. Вес котла порядка трети, плюс при облегчении котла удалось бы сильно сэкономить на несущих конструкциях. Если чудовищно массивный котел не заменяли на маленькую шнягу с факелом и впрыском воды, значит у этого способа есть проблемы, о которых болтуны, читавшие о нем пару строк, ничего не знают.
Ну, значит, это не стеснение, а больше из серии «ёжик гордая птица, пока не пнёшь — не полетит».
>Попаданчество это не перерисовывание чертежей(бесполезное в отсутствие технологий воплощения чертежей в металл).
Я не знаю определения «попаданчества». Но я знаю, что турбулизаторы можно применять без возможности их считать.
>Если чудовищно массивный котел не заменяли на маленькую шнягу с факелом и впрыском воды, значит у этого способа есть проблемы, о которых болтуны, читавшие о нем пару строк, ничего не знают.
Ну, о проблемах я, кажется, написал. Добавить можно ещё, что паровозы часто ходили на дешёвом местном твёрдом топливе, даже на дровах; требование иметь высококачественное жидкое мучало даже в середине 20-го века (первые тепловозы СССР катал в Казахстане только оттого, что там воды не было).
Ну и о болтунах добавлю, что я не верю, что ты — профессионал в проектировании паровозных котлов. Да, я читал о котлах только в этих ваших интернетиках, не проектировал их, и даже не собираюсь делать вид, что это так. Но, гм… а кто меня в этом упрекает-то? 🙂
>В общем ничего полезного не знаешь. ЧТД. ПШНХ.
Ну, то есть, вот этим всем ты ставишь выбор — либо унижаться перед тобой, доказывая тебе что-то после мата и оскорблений :), либо типа-признать, что ты прав. 🙂 Ну ты просто мастер защиты своего раздутого эго. 🙂
Понимаешь, в чём твоя проблема: я сюда не воевать хожу, а обменяться забавным, интересным, полезным из истории техники.
Хочешь считать себя непогрешимым, себя самым умным и исключительным — считай, зачем мне с боем доказывать тебе обратное?
Живи себе.
Пришел, сказал «вы все дебилы, ошибок полно, стенка должна быть тонкая перепад большим». Ему показали цифры — стенка не важна, перепад больше не сдалаешь. Теперь говорит что его обидели.
Может не стоило влезать с глупостями или хотя бы признать ошибки в начальном комменте? Нет? Ну дуйся в углу.
> Тепловое сопротивление обычной углеродистой стали (не нержи!) можно брать как 0.023К*м/Вт. Тепловое сопротивление перехода «газ-поверхность» для большинства случаев гладкого металла (обратите внимание, это ВАЖНО — «гладкого металла») ГРУБО можно взять как 0.1К*м/Вт
> Уже при 5мм толщине тепловые сопротивления равны
Неверно!
Во-первых, 0.1К*м^2/Вт (метры там в квадрате), а во-вторых 0.023К*м/Вт — это значит 0.023К/Вт сопротивление метрового кубика металла.
Сопротивления будут равны при толщине металла 0.1 К*м^2/Вт / (0.023 К*м/Вт) = ~4м. Не миллиметры.
И вообще не понял — сами же пишете, что роль металла не является определяющей. О чем спор, непонятно тогда вообще.
Посрались на ровном месте…
Про тепловые сопротивления проговорили уже несколько раз все одно и то же разными словами…
/если в теплообменнике нет кипения, если есть, то это отдельная песня/
а как это — в паровом котле нет кипения?
В паровом котле есть, но для примера кипение учитывать неудобно, потому что кроме температуры сразу в расчёт встревает и давление, превращая пример в трудноразбираемую кашу.
Мысль хотелось донести простую: в два раза больше дельта-Т — в два раза больше теплопоток.
На той же железке.
Так что фиксированных цифр нет.
/В паровом котле есть, но для примера кипение учитывать неудобно, потому что кроме температуры сразу в расчёт встревает и давление, превращая пример в трудноразбираемую кашу./
собственно, об этом и писали выше, только в том ракурсе, что на определенный срок (скажем, 1800-1820, это чисто с потолка) имелось определенное достигнутое на тот момент максимальное давление (выше не позволяла техника), от него и пляшется.
По температуре топочных газов — то же самое — имеется максимальная температура, с учетом достижений техники к данному периоду.
Пришла в голову бредовая идея: непрерывно сжигаем высококипящее масло, несожженная жидкая часть будет иметь высокую температуру, эту жидкость прокачиваем через наружную полость теплообменника «труба в трубе», во внутренней полости будет течь вода, передача тепла будет от жидкости к жидкости, что эффективнее. Далее продукты сгорания масла нагревают уже «обычный» котел
Идея действительно бредовая.
Вопрос: почему несожженная часть будет иметь высокую температуру? Ответ — из за поглощения излучения от пламени. Других способов теплопередачи там нету (конвекция вытягивает все вверх, а теплопроводность между огнем и жидкостью — сами знаете)…
Так что поглощающая способность данной жидкости на единицу площади даже меньше чем у стенки котла.
У меня есть несколько идей разной степени бредовость. Хотелось бы узнать их недостатки (я полагаю, что у изобретателей 19 века эти идеи тоже были, но они ими не воспользовались.
1. Сделать вместо одного большого котла несколько маленьких. Объем котла растет гораздо быстрее его площади. Значит несколько маленьких котлов будут иметь большую площадь, чем один большой, при том же весе. В пределе это сводится к водотрубному котлу.
2. Как решить проблемы прямоточного котла? Подавать туда воды больше, чем надо для парообразования. А потом разделять пар и воду, и воду отправлять в котел повторно. А в предельном случае поддерживать в прямоточном котле такое давление, чтобы там пар вообще не образовывался. Кипение воды выполнять уже за пределами котла, где давление чуть-чуть ниже.
3. А что если сделать вообще принципиально дргой котел? Печные газы подаются во внутрь котла, наполненного стальной проволокой. Проволока нагревается от них. Затем в котел подается вода. Вода испаряется от контакта с проволокой. Затем цикл повторяется. Недостаток: Всякая сажа из пламени будет попадать прямо в двигатель.
1 Пара-тройка котлов не даст большого выигрыша, а на сотнях система будет той же сложности что и водотрубный. Если не хватает чуть чуть, то можно пользоваться этим хаком. Ну или вставить вытеснитель в большой котел и сэкономить на весе воды.
2 Проблему с накипью в прямоточнике решают в том числе и так. Конечно добавляются новые устройства == новые точки отказа.
Ну и в популярном сознании — прямоточник магически становится маленьким но сохраняет большую мощность, я попытался объяснить что это не так, размеры при прочих равных сравнимы. Главная «проблема» прямоточника — не имеет приписываемых ему чудо свойств.
3 О таком никогда не слышал.
Вообще как раз такой вариант выглядит интересно. Пар будет быстро отнимать тепло от проволоки, а при распылении площадь поверхности капель воды будет очень даже большой.
Мощный паровик это мегаватт тепловой мощности и выше, кило железа при перепаде в сотню градусов запасет примерно 50 кДж, т.е. два котла с парой тонн железной проволоки при смене каждые сотню секунд. Вопрос сколько капель воды останется висеть на проволке, мешая ее разогреву в следующей фазе. Я думаю заметно меньше тех 50 кг воды что там испарятся.
Сажа-пепел ограничат ресурс, но на крайняк годится жидкое топливо, хотя с таким уже можно подумать от схеме упомянутой Йожем, факел и распыл воды.
В любом случае вариант интересный.
3 Ну и ржавчина.
>Пара-тройка котлов не даст большого выигрыша, а на сотнях система будет той же сложности что и водотрубный.
Ну давайте посчитаем. Берем цилиндрический котел и уменьшаем его в два раза. Объем и масс уменьшаются в 8 раз. Значит, мы можем на место большого котла поставить 8 маленьких. А площадь уменьшится только в 4 раза. А у 8 котлов она будет в два раза больше, чем у одного большого котла. Ну и меленький котел сделать проще. Нужен более тонкий металл, меньше требования к прочности соединения листов металла друг к другу. В пределе приходим к водотрубным котлам (прямоточники -их разновидность). Даже замена большого котла на 3-9 маленьких давало выигрыш. В реальном мире и без попаданцев это было ясно с самого начала и именно таким путем и шли — попаданец ничего не добавит.
Другой подход — жаротрубные и газотрубные котлы. Они сложнее, но более компактные и эффективные. По сути это — водотрубный котел наоборот. Сделать его сложнее, зато он компактнее. Большие котлы такого типа делать не очень любили — сложно (на чернобыльской АЭС был котел именно водотрубного типа).
/ А что если сделать вообще принципиально дргой котел? Печные газы подаются во внутрь котла, наполненного стальной проволокой. Проволока нагревается от них. Затем в котел подается вода. Вода испаряется от контакта с проволокой. Затем цикл повторяется. Недостаток: Всякая сажа из пламени будет попадать прямо в двигатель./
Так работает регенератор (они обычно парные — один набирает тепло, другой отдает, каждый цикл переключение). Т.е. топочные газы нагревают кирпичную кладку регенератора, затем через регенератор пропускается теплоноситель (точнее, но корявее — теплозабиратель). На паровоз это не поставишь, но стационарно — пожалуйста.
Металлическая проволока в себя много тепла не заберет, да и прогорать будет изрядно, а вот огнеупор — самое то. Ну и параметры пара в начале прохода через горячий регенератор и в конце будут гулять изрядно — придется что-то наворачивать дополнительно.
Правда, как тут будет с размерами…
Т.е. топочные газы нагревают кирпичную кладку регенератора, затем через регенератор пропускается теплоноситель (точнее, но корявее — теплозабиратель). На паровоз это не поставишь, но стационарно — пожалуйста.
Подозреваю, что огнеупор быстро раскрошится в песок. Вода будет проникать в микротрещины, там превращаться в пар и разрывать материал регенератора. Разве что этим материалом будет какая-нибудь галька и она будет сменным расходным материалом, который регулярно заменяется.
Остается проблема сажи в пару и бешеного загрязнения…
А вообще, главная проблема, о которой говорится в статье, это небольшое давление в первых котлах. И главная причина, по которой его нельзя повысить — температура. Если пар будет слишком горячим, то резко поплохеет паровой машине. И даже если сделать волшебный прямоточный котел который дает 100 атмосфер, и решить все его недостатки, то от проблемы низкого давления и высокой температуры все равно не уйдем.
Температуру нельзя повышать, потому что этого боится смазка и всякие уплотнители в паровой машине. А давление нельзя увеличить без роста температуры, потому, что температура кипения воды растет с давлением.
ЗЫ.
Долго думал, почему пароатмосферные машины появились раньше паровых. А теперь понял — дело в котле. У пароатмосферной машины котел вообще не под давлением.
Вообще статья хорошая. Узнал много нового про паровые котлы. Хотелось бы еще таких статей.
// А теперь понял — дело в котле. У пароатмосферной машины котел вообще не под давлением.
А то. Ньюкомб первые котлы делал из меди снизу, свинца сверху.
>Искуственная турбулизация пламени акустикой,
можно расчитать форму котла\труб чтобы возникали устойчивые звуковые колебания и использовать их для сбивания сажи и пограничного слоя, такое применяется в новых котлах.
Что серьёзно? А чего сразу не атомный паропульсир? Для попаданца он ещё сложнее будет.
>На сложность может и нет, а вот на массу вскипяченной воды да. Чем меньше воды кипит в данный момент, тем лучше, не зря говорят, что в каждом литре воды таится динамитная шашка. Водотрубный котел не взрывается, только течь дает.
С учетом того, какой проблемой за всю жизнь паровых машин были взрывы котлов (в штатах до сих пор любой бойлер подлежит официальной инспекции до начала эксплуатации), водотрубный выглядит привлекательнее.
Вам отопление нужно, или поршень толкать? А если поршень, то нужен газ, в крайнем случае пар.
>Объем топки, опять таки по Уатту, квадратный фут на лс. По сравнению с площадью поверхностей котла это ниочем.
В квадратных футах измеряется только площадь.
>Вес паровозов достигал сотен тонн. На хлипких путях того времени вес паровоза был большой проблемой. Вес котла порядка трети, плюс при облегчении котла удалось бы сильно сэкономить на несущих конструкциях. Если чудовищно массивный котел не заменяли на маленькую шнягу с факелом и впрыском воды, значит у этого способа есть проблемы, о которых болтуны, читавшие о нем пару строк, ничего не знают.
Паровоз должен ТЯНУТЬ, для этого НУЖНА БОЛЬШАЯ СИЛА ТРЕНИЯ, КАК МИНИМУМ РАВНАЯ ТАКОВОЙ У ВСЕГО ОСТАЛЬНОГО ПОЕЗДА. А увеличить её можно ТОЛЬКО ЗА СЧЁТ ВЕСА ЛОКОМОТИВА. Современный локомотив лёгок потому, что он юзает силу трения покоя скольжения, а преодолевает силу трения качения. Но этого долго не понимали и специально делали паровозы тяжёлыми. И до сих пор многие дипломированные инженеры не понимают, что тяга ведущего колеса — это сила трения покоя скольжения, а не качения. Но до беспредела облегчать действительно нельзя. А если ещё и на подъёме, то сила трения колёс локомотива должна противостоять ещё и весу позда, помноженному на функцию угла. Так что не такой уж это и показатель.
>/если в теплообменнике нет кипения, если есть, то это отдельная песня/
а как это — в паровом котле нет кипения?
На любой паровой ТЭЦ есть отдельная труба для перегрева пара с целью убрать из него жидкую воду. Эта труба — не котёл. Так вот, он имел ввиду, что эта труба используется не по назначению, не как осушитель пара, а как испаритель, а котёл водогрейный.
На одном форуме есть тема «РЕАКТИВНЫЙ первенец ПАРОВОЙ эры». Вся тема о том, как бы оглупить предков до такой степени, чтоб на первый пароход паропульсир взгромоздить.
А если проблема — воздух, не прощу тогда с низу и по бокам котла тупо наварить железные пластины перпендикулярно? Ну как на отводе тепла микросхем? Токо в обратку?
В принципе должно помочь. Но судя по тому что так не делали, геммора с привариванием и чисткой от сажи слишком много.
Для тех кто считает что тупые предки ничего не понимали в котлах — котел 1750 года https://dl.dropboxusercontent.com/s/5is4v59n8b5fbk9/complex_boiler.png
здоровенный котел с примитивным ~2.5 диаметра теплообменником. безусловно лучше чем тупая полубочка на костре но до нормальных котлов еще очень далеко.
До нормального далеко. Но понимание того что развитая поверхность это хорошо уже есть.
Так что трубные имхо не делали именно изза проблем с местами соединений трубок и стенок. Если посмотреть на тот же return flue, то его можно делать буквой у, мучаясь с закруглением, а можно сделать две трубы и насадить у уже снаружи котла, там от нее прочности не понадобится. Но это два допсоединения со стенкой и все их упорно избегают.
[…] кирпичей и деревянной балки. Скажем нагревательная поверхность котла, по Уатту, была бы 1.6 м^2, при толщине порядка 5 мм это […]
Похоже что у попаданца таки есть возможность небольшого хака. Значение конвекции в восемнадцатом веке не понимали, и старались ее минимизировать. Судя по цифрам отсюда https://web.njit.edu/~slm22/dl/manole_lab3.pdf и отсюда https://www.engineeringtoolbox.com/docs/documents/430/air_heat_transfer_coefficient.png, https://www.engineeringtoolbox.com/convective-heat-transfer-d_430.html, конвекция форсирует теплообмен раза так в полтора. И то хлеб, хотя картину это не меняет.
О эффекте сажи из Крылова
У прежнего владельца он развивал 8 узлов наибольшего рейсового хода и тратил в сутки 20 т угля. Между тем пароход был новый (двух лет) с машиной тройного расширения, с цилиндрическими котлами, снабжёнными пароперегревателями Шмидта, подогревом питательной воды и проч.
При осмотре нами парохода, только что накануне пришедшего в Плимут из рейса, оказалось, что на стенках дымогарных трубок сидел сплошной слой сажи толщиною около 5 мм, на трубках пароперегревателей — от 3 до 5 мм, а некоторые трубки были совсем забиты сажей.
Громадный расход угля и малый ход стали тогда понятны. После покупки парохода механик и кочегары были сменены, и пароход стал ходить со средней рейсовой скоростью в 91/2–93/4 узла при расходе угля 12–13 т в сутки.
В общем даже полностью зас%%%ый котел убавил всего 50 процентов эффективности. При нормальном обслуживании теплопроводность сажи убавляет эффективность котла на какие-то проценты.
Вопрос а имеет ли смысл сильно морочится с созданием продвинутого паровика, ведь сделать калоризаторный двигатель или простейший ДВС гораздо проще, чем продвинутый паровик, вопрос упирается лишь в топливо. Если речь идет о судовых двигателях или жд, то создать инфраструктуру снабжения нефтепродуктами проще, чем изобретать и внедрять продвинутый паровик? По сути победное шествие паровых машин — это следование в русле британской технической мысли, где ресурсные условия определили развитие именно паровой техники, большие залежи легкодоступного угля и полное отсутствие месторождений нефти.
дело в том что уголь (разный), торф или дрова (в крайнем случае) достаточно доступны почти в любой точке земного шара.
А вот нефть без серьезного бурения есть буквально в нескольких точках. И без налаженной транспортной системы это очень серьезное ограничение.
У простейшего двс намного более серьезные требования к материалам (температуры и давления то там повыше), без них он рассыпается за часы (посмотрите моторесурс танковых моторов времен второй мировой, а это уже середина 20 века!!!! И предельный хайтек!). Да и к точности обработки тоже, щель между поршнем и цилиндром для паровика это падение мощности и КПД, а ДВС просто перестает работать.
И даже ремпригодность у них ОЧЕНЬ разная. Запчасти и требования к механику у паровика попроще чем у ДВС.
Ну и всеядность… Если не рассматривать вариант с газогенератором то паровик работает на всем что горит (в большинстве случаев даже без перенастройки), а ДВС только на том топливе на который он настроен. Многотопливные ДВС это уже хайтек.
я прекрасно осознаю проблему малой распространенности нефти, но если мы решаем вопрос именно с флотом и жд перевозками, то организовать добычу и доставку нефти проще, чем создавать промышленность под производство продвинутого паровика.. Для стационарных же машин в любом случае получается проще и эффективнее по расходу топлива создание газогенераторов и работа на газовом топливе, чем работа этого топлива в простых паровых машинах. Собственно организовывать логистику доставки топлива все равно предается, так как если вспомнить историю речного судоходства, то очень быстро побережья рек оказывались вырублены на дрова для пароходных топок, и топливо пришлось завозить все более из далека, Где то встречал усредненную статистику на сколько хватало «халявного» топлива вдоль транспортных артерий как жд, так и реки, срок достаточно малый через 10-15 лет приходилось создавать службу логистики по снабжению завозным топливом, углем. Так что если логистическую сеть по снабжению топливом все равно придется создавать, то почему бы не создавать ее сразу под нефть? Собственно интересно было бы сравнить кпд и сложность изготовления продвинутого паровика и такого же по размеру наиболее простейшего ДВС вместе с газогенераторной установкой. Про сложность изготовления, не вижу сложности, отлить мотор ДВС и высверлить и выточить поршни и вкладыши проще чем создать продвинутый паровой котел, по поводу точности в статье про пушки я скидывал ссылку на источники, что даже в России уже в 16 веке умели высверливать при такой надобности калибры с точностью до миллиметра, так как по большей части в артиллерийское производстве такой точности не требовали то была таблица допустимых люфтов для экономии сверел. Ну и если вы посмотрите устройство калоризаторного двигателя, то там более чем допустимые люфты, которые нивелируются прокладками и кольцами из меди.
https://ru.wikipedia.org/wiki/Нефтяной_двигатель
http://www.leanok.ru/2016/03/hornsby-akroyd-bolinder-engine.html
Ну а вообще стоит сделать отдельную статью о светильном газе, вполне попаданческая идея для создания освещения, и главное между изобретением светильного газа и конструкцией двигателя ДВС на светильном газе всего два года разницы.
http://vikent.ru/author/922/
// через 10-15 лет приходилось создавать службу логистики
Для нефти завоз нужен сразу, у попаданца возможно есть ресурсы только на пару движков, а не на экспедицию с бурением. Для паровика инфраструктура нужна через 10-15 лет, когда он уже будет богачем, и вообще это проблемы владельцев движков. Ж)
// У простейшего двс намного более серьезные требования к материалам (температуры и давления то там повыше), без них он рассыпается за часы (посмотрите моторесурс танковых моторов времен второй мировой, а это уже середина 20 века!!!! И предельный хайтек!). Да и к точности обработки тоже, щель между поршнем и цилиндром для паровика это падение мощности и КПД, а ДВС просто перестает работать.
Моторесурс танковых невелик потому что гоняют их на пределе.
Стенки цилиндра остаются холодными, греются клапана(но в некоторых дизайнах клапанов нет и в любом случае их легко менять) и сам поршень. Насколько поршень критичен к температуре и сложен в охлаждении не скажу. Может и тут есть решения.
В гроздьях гнева есть эпизод где поршневые кольца делают из медной проволоки сами фермеры. Взято из реала.
//Моторесурс танковых невелик потому что гоняют их на пределе.
и это конечно тоже, но вот например моторесурс ГАЗ А годы выпуска 1932-1936 — 5000 км. т.е. около 100 часов.
Так что цифры моторесурса это не только вопрос условий эксплуатации но и примета времени. Качество сталей, особенности конструкции…
https://www.drive2.ru/l/6252928/
вот здесь, например восстанавливают мотор полуторки.
«Более серьезной проблемой стали клапана: на половине оказались ужасные прогары. Было принято решение об их замене. »
//Насколько поршень критичен к температуре и сложен в охлаждении не скажу.
Достаточно критичен. При перегреве, что логично, начинает клинить. В настоящий момент это обходится хитрой формой юбки, эксцентриситетом и точно расчитанными зазорами.
Охладить его почти навозможно, (в современных условиях — алюминиевая юбка в роли радиатора и маслянный клин в роли теплопередачи), проблемы со смазкой поршневого пальца это та еще песня (сверление каналов для масла в коленвале и шатунах и маслянный насос высокого давления), короче длительная и надежная работа данного агрегата результат массы ухищрений нескольких поколений инженеров. Я некоторые из них помню только потому что мой школьный учитель автодела был тем еще фанатом техники. Летчик-самодельщик.
//В гроздьях гнева есть эпизод где поршневые кольца делают из медной проволоки сами фермеры.
Да не вопрос. Вот сколько оно проработает и куда денется медная стружка?
«через 10-15 лет приходилось создавать службу логистики»
Понятно, что изначально у вас будет паровик, но через 10-15 лет встанет вопрос о создание инфраструктуры по доставке завозного топлива, вот в этот момент и предлагается создавать инфраструктуру сразу под нефть, по крайней мере для судовых двигателей это гораздо более оптимально.
Про моторесурс, вы сравниваете облегченные двигатели для автомашин, а смотреть надо на необитаемые болингеры, которые в качестве насосов для полива без ремонта работали с конца 19-го века по конец 20-го, изредка менялись кольца, просто ставилось новое из медной проволоки. Неужели никогда на мотоцикле урал не меняли кольца просто намотав новую медную проволоку? Ну а по поводу моторесурса посмотрите расписание плановых ремонтов паровых двигателей, да там после каждого морского перехода капитальная чистка и ремонт. 🙂
Теперь про сложность дВС с газогенератором, газогенератор вещь достаточно простая, и явно проще чем паровой котел.
двс ленуара явно проще продвинутого паровика, тот же поршень, что и в паровой машине.
https://dinamik67.livejournal.com/156191.html
Ну и внедрение цикла отто вместо цикла ленуара, сразу дает кпд больше чем у любой продвинутой паровой машины.
И еще раз для плохо читающих, да начинать надо с паровых машин, но при эволюции, не стоит дальше развивать тупиковую ветку, усложняя совершенство паровика, а сразу переходить на двс. Заметим, что простейший ДВС, это по сути дела та же система паровых поршней, но только вместо сложно производимого котла высоко давления, у вас бочка газогенератора, который не взрывается. , то есть даже без использования нефти, а с работой на твердом топливе с газогенераторами, есть возможность обойти конкурентов на повороте.
Ну и в принципе газогенераторы более чем попаданческая идея, сделать газогенератор можно очень рано, хоть в античности, а спрос на освещение был очень высокий, прекрасный способ разбогатеть и подняться. Главное, чтобы воротилы рынка ворвани и воска не кокнули на взлете. 🙂
Извинеите Т9 неизнашиваемый болиндер
//предлагается создавать инфраструктуру сразу под нефть,
через 10-15 лет от внедрения паровика? Или от начала массового строительства пароходов?
Если первое, то через 15 лет число потребителей пока будет достаточно невелико и до массового паровозо/параходо строения еще жить и жить.
короче эту инфраструктуру будет строить не попаданец, а его потомки. Ваша статистика играла в случае массового прихода построенных где-то пароходов на реку.
Второй момент: я уже выше писал, не стоит сравнивать угольную инфраструктуру с нефтяной. ОЧЕНЬ разные вещи. Несопостовимые по трудозатратам на первичном этапе. т.е. если вы сходу высажены на нефтяные поля нефть как топливо для вас выгодна, а вот если эти поля в паре сотен километров от вас — в доиндустриальных условиях дешевле лес. Потому как доставка бочки нефти влетит в такую копеечку что никакой КПД вас не спасет.
//Ну а по поводу моторесурса посмотрите расписание плановых ремонтов паровых двигателей
ага! не маленький! Половина из этих работ следствие низкого качества смазочных материалов (густых смазок считай что не было) и конструкционных материалов вообще. 90% этих ремонтных работ пойдут и на любой другой движок из металла с трущемися деталями, плюс в ДВС добявяться проблемы с высокотемпературными деталями, огневой эрозией и т.д.
//Неужели никогда на мотоцикле урал не меняли кольца просто намотав новую медную проволоку?
идея так убивать двигатель мне в голову не приходила. всетаки прочность меди сильно отличается от стали, с какой скоростью такое колечко стирается? Опилки то в масло идут…
//двс ленуара явно проще продвинутого паровика, тот же поршень, что и в паровой машине.
Не проще а сложнее. Одно зажигание чего стоит. И клапана там помудреней чем в паровике. Но да, котла нет, это здорово упрощает установку.
При замене на цикл Отто повышаем кпд, повышаем тепловыделение, требуем водяного охлаждения, прочности (в том числе и температурной) деталей и сложность изделия резко превышает сложность паровика.
// да начинать надо с паровых машин, но при эволюции, не стоит дальше развивать тупиковую ветку,
вот это уже ближе к теме, если стартовать с паровиков низкого и среднего давления, турбин тесла и тому подобных низкотехнологичных агрегатов то можно достаточно быстро поднять промышленность что позволит двинуться в сторону ДВС на новом витке прогресса. разумеется с попаданцем во главе прогресс эти витки будет наматывать достаточно быстро.
Достаточно удачно это описано в «Броненосцах Петра Великого», в том числе решение проблемы с жидким топливом.
если стартовать с паровиков низкого и среднего давления,
Начинать тогда уж надо с пароэжекторного насоса и водяного колеса. Минимум подвижных и металлоемких частей, минимум квалифицированной работы в принципе. А при наличии своего литья чугуна и минимального станочного парка, работающего от этого колеса, можно сразу перейти к ДВС на генераторном газу.
турбин тесла
Да забудьте вы наконец про это фричество. Турбина Тесла принципиально не пригодна в лоутек варианте. Еще раз: ламинарность потока в ней нелинейно зависит от скорости газа, давления и ширины зазора. Чтобы получить с ТТ что-то вменяемое (а не вертеть сидюки для тытрубки, поддувая их компрессором и притворяясь, что это пар), надо научиться варьировать зазор на ходу, да еще подстраивая под давление и обороты. Без датчиков и контроллера — нереально. А еще надо сразу сухой пар, без капель, иначе опять же каюк ламинарности и хоть какому-то КПД.
Зачем? Можно расширять пар в баке, вытесняя воду и вращая ею банальный шестеренчатый гидромотор или просто сразу с парового эжектора направить поток воды на гидромотор или турбину Пелтона, все это в разы проще и делается в ближайшей кузне.
// какой скоростью такое колечко стирается? Опилки то в масло идут…
Учитывая разничу твердости меди и стали какие там опилки? Катышки скорее. Сажа из газогенератора опасна для двигателя тем что там есть абразивные частицы с высокой твердостью. А медь размажет тонким слоем.
Там разность твердости чугуна и меди, притирка пол часа на холостых оборотах, износ раза три быстрее чем заводских чугунных кольцах.
В нормальном газогенераторе, есть водяная фильтрующая камера, для охлаждения газа и осаживания примесей и смол.
Другое дело что утверждение о допустимых люфтах в ДВС и реалистичности двс на технологиях 17-18 требует доказательств.
Паровые машины не обязательно должны быть продвинутыми — в начале 18 на пароходах стояли балансирные машины низкого давления с уплотнениями из пеньки и ничего.
Даже в таком гиганте индустрии как Канада было несколько компаний которые строили свои пароходы.
Чего уж там, даже русская Аляска, с населением в 10к человек, построила с нуля пару пароходов в десяток лошадей и строила третий(его сожгли на верфи во время Крымской).
Это все как бы намекает на простоту паровиков.
//проще и эффективнее по расходу топлива создание газогенераторов
А они у вас с неба возьмутся? их тоже нужно разрабатывать, делать, обслуживать.
т.е. вы предлагаете более сложное изделие ДВС+довольно сложное изделие газогенератор вместо относительно сложного продвинутого паровика?
при том что простой паровик сделать совсем не сложно, а сделав его можно переходить к более сложным моделям имея как движок так и кредит доверия от инвесторов. А в случае ДВС придется сразу прыгнуть выше головы надеясь что все получится.
//Так что если логистическую сеть по снабжению топливом все равно придется создавать, то почему бы не создавать ее сразу под нефть?
Вы лукавите. Размеры и плотность сети кардинально отличаются. Наладить снабжение от десятков шахт раскиданных по всей Европе до рек это одно, а вот наладить снабжение всей Европы нефтью из буквально 2-3 мест… Размер грузопотока себе представляете? не суммарный (он будет по сути одинаковый), а локальный?
эти две сети не то что не равны друг другу, их то и сравнивать трудно.
Да и цена ресурса который вы привезли на телеге из соседнего городка где есть шахта и цена бочки нефти которую везли десятки человек и перегружали 20 раз немного отличаются, не?
// Собственно интересно было бы сравнить кпд и сложность изготовления продвинутого паровика и такого же по размеру наиболее простейшего ДВС вместе с газогенераторной установкой.
Простейший ДВС имеет довольно низкий КПД, что то из разряда единиц процентов. Умножаем на КПД газогенератора (тоже не фонтан).
при том что продвинутые версии паровых движков это КПД довольно приличное, и для обычного паровоза 20х-30х годов 20века (далеко не самая оптимальная по КПД машина) составляет 13% (это КПД всей установки от топки до вращения колес)
https://www.chipmaker.ru/index.php?app=core&module=attach§ion=attach&attach_rel_module=post&attach_id=210976
так что сравнивать особо нечего.
//высверлить и выточить поршни и вкладыши проще чем создать продвинутый паровой котел,
Собственно цилиндр с поршнями и там и там нужен, но ДВСу нужны как верно отметил Ваш1 еще и жаропрочные клапана. Иначе они прогорят (и седла клапана вместе с ними)
то что их можно менять ситуацию не особо улучшает. Если ваша техника будет два часа работать, а потом вы ее два часа разбираете и меняете детали это мягко говоря немного не удобно. Кроме того частыми ремонтами вы ее ушатаете за месяц.
А паровой котел при всех своих недостатках все-же намного более терпим к материалам, да и ремонт и обслуживание ему требуется на порядки меньше.
Я лично фантазирую о насосе Гемпфри со съемом мощности двусторонней турбиной — https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%83%D1%80%D0%B1%D0%B8%D0%BD%D0%B0_%D0%A3%D1%8D%D0%BB%D1%8C%D1%81%D0%B0.
Но если подумать о традиционных двс, то можно посмотреть скажем на двухтактник с резонирующим выхлопом https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/52/Arbeitsweise_Zweitakt.gif
Никаких клапанов и поршень худо бедно охлаждается.
//Я лично фантазирую о насосе Гемпфри со съемом мощности двусторонней турбиной
Как стационар эта штука действительно бьет по простоте все что угодно… хоть из глины лепи. КПД конечно аховый но водяной поршень подкупает.
С двухтактниками беда- масло. Если нет хитрых масел то там из за нагара и прочих радостей все очень быстр выходит из строя.
а так да, очень простая конструкция.
// КПД конечно аховый
Там четыре такта. У большого до 23 процентов кпд.
// Если нет хитрых масел то там из за нагара и прочих радостей все очень быстр выходит из строя.
В конце девятнадцатого начале 20 банально юзали касторовое масло. Ресурс Ленуара вроде был нормальный. Или вам известно что касторку как-то высокотехнологично чистили?
цитата:
Касторовое масло применяется как смазка для калильных и компрессионных двигателей, в настоящее время только для авиамодельных двигателей, так как касторка кроме своих отличных смазочных свойств обладает сильным окислительным эффектом. Из-за чего после использования все детали двигателя необходимо промыть в спирте. Также минусом касторового масла является свойство образовывать нерастворимые полимеры при высокой температуре, что негативно сказывается на работе двигателя.
Простота паровика низкого давления конечно изумительна, но хочется чего-нибудь с удельной мощностью хотя бы десяток ватт на кг, пусть и ценой потерь в других сферах.
В общем прочитал, гидроэлектростанцию легче построить, где нибудь на Тибре, По, Адидже, Арно и др.
Ибо деталей меньше чем в турбине низкого давления, к примеру.
Да и тракторов нету, чтобы уголь добывать и бензопил, чтобы дрова рубить.
Болиндер сделать действительно не так сложно, но тут проблема с расчетами если с попаданецем идет коплект чертежей это одно.. Кстати есть варианты двигателя в котором топливо идет самотеком, даже топливные насосы не нужны. Вместо нефти можно поначалу скипидаром заправлять.
Я вижу технологическую схему для судов и энергетики так.
1 этап. Атмосферники с паровой рубашкой и конденсатором пара. Основная задача закачка воды в гидроаккумулятор. Изготовление цилиндров — литье в чугунные формы под давлением, обработка цилиндров пневматическим хонинговальным станком ( его сделать довольно просто)
С ними же делаем попаданческий пароход на пару атмосферников к ним штоки, коленвал, баллансир осевой — материал бронза. Движитель вал с винтом, тип судна — паровой буксир. Котел cекционный горизонтальный. Топливо — пылеугольная смесь ( позволяет использовать низкокачественный гавноуголь), горелка вихревая прямоточно-улиточная .
Мощность пепелаца в пределах 50-100 лошадок, расчетная скорость 15-25 км в час. От вала запитывается центробежный компрессор который через ресивер снабжает воздухом топку и поставляет воздух для пневматических прибабасов пушки, пулемета, огнеметы, станочный парк. Расход угля 5-6 тонн в сутки, подача топлива автоматическая, примерная масса буксируемой против течения баржи не меньше 1000 тонн.
Расчетный срок создания девайса с испытаниями два года. Резьбовых соединений нет, все на сварке ( водородно — кислородная ) но есть варианты соединения труб и без нее.
2. Этап болиндер
3. Этап турбина тесла — генератор- судовой электродвигатель.
Попаданческую энергетику на начальном вижу так.
ГГ находит место где имеется холм или возвышенность высотой 20-30 метров с обрывом 70-90 градусов с одной стороны, рядом река. ( если имеется такой природный перепад высот с рекой то вообще идеальная ситуация ) Наверху копаем водоем-гидроаккумулятор объемом 6-10 000 кубов. На склон выводим несколько труб меньшого диаметра или одну перевернутую Т образную питающую несколько турбин внизу и у подножия отстраиваем промзону.
Варианты закачки воды в хранилище.
1. Конные насосы ( беговые дорожки + поршневые насосы ) 2-3 яруса — малоэффективно
2. Насосы гемпфри — хреновая идея малая высота подъема + жрет топливо и обычный уголь дрова не катят.
3. Пароатмосферники — минимум два яруса и также требуют много топлива но вариант реально работающий.
4. Гидротаран этот вариает принимаю как базовый.
Гидротаран при работе от метрового диаметра трубы со скоростью течения 2-2.5 метра в секунду способен за сутки поднять на высоту до 30 метров примерно 6000 кубов воды.
Все трубы керамика, которая изготавливается с помощью большого механического пресса. ( материал чугуний или бронза ) Трубы вставляются друг в друга, стыки соединений смола, сверху уплотнения кожа и заклепываемая бронзовая лента. Стыки укладываются в подставки. Сам гидротаран литой — бронза или чугуний.
Система дает напор две- три атмосферы. На что используем
1. Водоснабжение промышленности, — с-х угодий, поселения.
2. Гидропривод для прокатного стана. экструдера, лесопилки, станков, мельниц и далее по списку. Привод капсулированная осевая литая турбина. Такой напор в отличии от низконапорных ГЭС даст нам самое главное обороты за сотню точно будет, соответсвенно обойдемся ременной передачей экономик на редукторах.
Сами турбины мы делаем с регулируемым напором и соответственно имеем возможность регулировать обороты и мощность. Мы ставим их в удобном месте на нужной высоте, ставим вертикально или горизонтально ставим большие или маленькие и таким образом имеем прямой привод на все нужные нам агрегаты — лесопилки, прокат, центробежный компрессор, молот, механические линии передачи энергии и т.д. По сравнению с обычными низконапорными турбинами преимуществ вагон и маленькая тележка.
1. Не строим ресурсоемкую плотину.
2. Обороты
3. Разные типы и размеры и расположение турбин.
Трубин может быть несколько.
В данном случае у нас минусы следующие
1. требуется расчеты и натурные испытания тарана ( моделей ) что довольно не быстро.
2. Пресс и гидротаран подобных размеров потребуют тонн 10-15 металла…. что сами понимаете совсем не просто цена такого количества меди около 3000 рублей в ценах 14 века.. дань которое платить орде московское княжество с населением за 400 000 человек 1250 рублей в год.. Так что думаю безе чугуния тут не обойтись, либо делать несколько меньщих размеров гидротараны с прицелом на их наращивание но тут трубы….
короче при диаметр трубы в 50 см это более реально..
// Насосы гемпфри — хреновая идея малая высота подъема + жрет топливо и обычный уголь дрова не катят.
Десяток метров вам мало? Уголь и дрова перерабатываются на газ.
// гидротаран подобных размеров потребуют тонн 10-15 металла
В теме обсуждалась возможность использования цемента, вроде есть реальные аналоги.
Гидротаран, это если сидеть на месте. А вот двигатели это если производить и торговать ими и развивать торговлю :).
Честно говоря, очень многое про соперничество ДВС и паровика определил случай. Папен строил свою машину под порох, но понял его неприменимость и перестроил модель под пар, если бы существовал светильный газ, то может быть история пошла бы по другому пути и мы вообще бы не увидели паровиков, у нас бы были сразу ДВС. 🙂
Поэтому триггерной точкой для попахана является внедрение нового топлива, а именно светильного газа, как в виде простых газогенераторов на дровах и чем угодно, так и в виде сложных, направленных на получение кокса и древесного угля. Уголь коксовый все равно придется внедрять для развития металлургии, куда же без этого. Да и более технологичное получение древесного угля, это тоже газогенератор без доступа кислорода.
Чем привлекает простейший ДВС — первые пароатмосферные машины из за ужасного КПД требовали огромных поршней, что в условиях неразвитой металлообработки было сложно выполнимо. ДВС же позволяет работать с не очень крупными поршнями и цилиндрами, которые можно вытачивать используя технику применяемую для создания пушек и насосов. Еще всех пугают клапана 🙂 но у машины Ленуара вообще не было классических клапанов, он использовал классическую золотниковую схему https://youtu.be/_8pqRhIwb7M
А если бы Ленуар додумался соединить две свои машины общим валом и перестроить схему открытия золотников, то вообще мог без особых проблем получит четырехтактный цикл с повышенным КПД. 🙂 Так что все возможно 🙂
Собственно внедрение газогенерации и коксования в принципе должно ускорить процесс внедрения и добычи каменного угля, так как позволяет избавится от проблемы зловонности угля.
«Дело было в начале XIV столетия. Лондонские пивовары, кузнецы и слесари, видя все более возрастающую дороговизну дров, попробовали вместо них жечь каменный уголь, что оказалось и очень удобным, и очень выгодным. Но суеверные горожане сочли сжигание каменного угля делом нечестивым. Была подана особая петиция королю, и употребление каменного угля было воспрещено законом. Однако ввиду дороговизны дров многие тайно продолжали нарушать закон, так что горожане потребовали драконовских мер. Достоверно известно, что один нарушитель закона в Лондоне был казнен, но говорят, что таких случаев было много. Затем строгие законы были отменены, но еще долго против каменного угля было сильное предубеждение ввиду «зловонности этого вида топлива».Против каменного угля особенно восстали дамы; многие лондонские дамы отказались являться в дома, которые отапливались не дровами, и не прикасались ни к одному блюду, если оно было приготовлено на каменном угле, считая такие кушанья нечистыми.
Так что все не так однозначно как может быть…. И вполне вероятно, что процесс газогенерации способен кардинально ускорить и изменить промышленный и технический прогресс, так как одно тянет за собой другое, коксование откроет рынок добычи угля, а добра угла потребует машин для работы на шахтах, а светильный газ кроме освещения дает еще и новый вариант топлива, а значит и более раннее развитие ДВС.
Ну и собственно по приведенному источнику мы можем отследить, что для англии начала 14 века стоимость дров превысила стоимость добычи каменного угля, до этого момента овчинка не стоила выделки. Это кстати для рассуждений об античной паровой машине, можно поискать римских источниках сколько стоят дрова, и сколько стоит еда для раба, посмотреть кпд дров и кпд работы человека, и на основании этого вычислить имеет ли экономический смысл строить паровую машину для серебряных шахт или нет.
Объясните мне темному как !!! можно сделать насос из водяного колеса и пароэжекторного насоса?. Данный тип насосов блин используется в основном только для откачки газов и создания вакуума. Может чего попутали есть еще эжекторы газоструйные и гидроструйные и только последние очень условно можно отнести к насосам так как, они устанавливаются как насадка увеличивающая глубину всасывания и к ним нужен обычный насос центробежный или поршневой. Да паровой эжектор может подавать воду в котел или очищать загрязненные жидкости, но как насос он способен поднимать воду на высоту не больше 2 метров. Никаких сфер применения при старте попаданца кроме вакууммирования литейных форм, экструдера и откачивания опасных газов не вижу.
Может сработать Гидроэлеватор https://fireman.club/statyi-polzovateley/rabota-ustrojstvo-princip-dejstviya-i-iz-chego-sostoit-gidroelevator-g-600-ttx-sxema-raboty-i-zabora-vody-pasport-na-g-600/ но для него тоже нужен насос или источник высокого давления воды
чтобы на 20 метров поднять воду нужен напор 12 атмосфер.
В целом эжекторы интересная тема для попаданца, но попозже.. http://www.kwark.ru/%D1%81%D1%82%D1%80%D1%83%D0%B9%D0%BD%D1%8B%D0%B5-%D0%B0%D0%BF%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%8B/%D1%8D%D0%B6%D0%B5%D0%BA%D1%82%D0%BE%D1%80%D1%8B
Да да у вас просто кузнецы золотые руки на коленке куют шестерни для гидромоторов и насосов, а также ковшовые высоконапорные гидротурбины.
Цемент как бы еще получить нужен и он выйдет в начале всяко подороже покупного металла. Я вижу упрощение такое или делать каскад параллельный гидротаранов с корпусом из чугуния ( ау Константин металлург ты где, расскажи как нам из кучи свиного железа получить приемлемый литейный чугун ) или клепать гидротаран из бронзовых листов и усиливать его обкладывая кирпичом и все закрепляя железными ободами.
Кстати тут еще один вариант нарисовался Низконапорная плотина 6- 10 + несколько каналов для воды на ковшовую скоростную турбину. Оборотов 150 можно получить на один вал с турбиной сажаем шестеренчатый или героторный насос https://www.ampika.ru/Princip_raboty_vintovogo_nasosa.html ( корпус можно отлить по форме шнека ) эти насосы без редуктора закачают до 50 — 70 метров воду и КПД всяко выше гидротарана.
Все эти подсчета ерундустика. Попаданец в состоянии поднять рентабельность заготовки дров в 2-3 раза это и лесопилки и трелевочные системы и оборудования для перетаскивания бревен, ручные цепные пилы и много еще чего. Экономический смысл для попаданца понятие отвлеченное по любому значительная часть нововведений будет убыточна. Попаданцу нужно смотреть чтобы в совокупности проектов он не вылетел в трубу и не более. А с рабами связываться последнее дело, не годятся они для сложной техники.
Объясните мне темному как !!! можно сделать насос из водяного колеса и пароэжекторного насоса?. Данный тип насосов блин используется в основном только для откачки газов и создания вакуума. Может чего попутали есть еще эжекторы газоструйные и гидроструйные и только последние очень условно можно отнести к насосам так как, они устанавливаются как насадка увеличивающая глубину всасывания и к ним нужен обычный насос центробежный или поршневой. Да паровой эжектор может подавать воду в котел или очищать загрязненные жидкости, но как насос он способен поднимать воду на высоту не больше 2 метров. Никаких сфер применения при старте попаданца кроме вакууммирования литейных форм, экструдера и откачивания опасных газов не вижу.
Может сработать Гидроэлеватор //https://fireman.club/statyi-polzovateley/rabota-ustrojstvo-princip-dejstviya-i-iz-chego-sostoit-gidroelevator-g-600-ttx-sxema-raboty-i-zabora-vody-pasport-na-g-600/// но для него тоже нужен насос или источник высокого давления воды. Чтобы на 20 метров поднять воду нужен напор 12 атмосфер.
В целом эжекторы интересная тема для попаданца, но попозже.. //http://www.kwark.ru/%D1%81%D1%82%D1%80%D1%83%D0%B9%D0%BD%D1%8B%D0%B5-%D0%B0%D0%BF%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%8B/%D1%8D%D0%B6%D0%B5%D0%BA%D1%82%D0%BE%D1%80%D1%8B//
Да да у вас просто кузнецы золотые руки на коленке куют шестерни для гидромоторов и насосов, а также ковшовые высоконапорные гидротурбины.
Цемент как бы еще получить нужен и он выйдет в начале всяко подороже покупного металла. Я вижу упрощение такое или делать каскад параллельный гидротаранов с корпусом из чугуния ( ау Константин металлург ты где, расскажи как нам из кучи свиного железа получить приемлемый литейный чугун ) или клепать гидротаран из бронзовых листов и усиливать его обкладывая кирпичом и все закрепляя железными ободами.
Кстати тут еще один вариант нарисовался Низконапорная плотина 6- 10 + несколько каналов для воды на ковшовую скоростную турбину. Оборотов 150 можно получить на один вал с турбиной сажаем шестеренчатый или героторный насос //https://www.ampika.ru/Princip_raboty_vintovogo_nasosa.html// ( корпус можно отлить по форме шнека ) эти насосы без редуктора закачают до 50 — 70 метров воду и КПД всяко выше гидротарана.
Все эти подсчета ерундустика. Попаданец в состоянии поднять рентабельность заготовки дров в 2-3 раза это и лесопилки и трелевочные системы и оборудования для перетаскивания бревен, ручные цепные пилы и много еще чего. Экономический смысл для попаданца понятие отвлеченное по любому значительная часть нововведений будет убыточна. Попаданцу нужно смотреть чтобы в совокупности проектов он не вылетел в трубу и не более. А с рабами связываться последнее дело, не годятся они для сложной техники.
// паровой эжектор может подавать воду в котел или очищать загрязненные жидкости, но как насос он способен поднимать воду на высоту не больше 2 метров.
Пара метров это подсос на входе. Если эжектор пихает воду в 10 атм котел то нетрудно понять что он может поднимать ее на сто метров.
Не факт, пар та же вода. Для котла главное что скорость подачи воды, с этим эжектор замечательно справляется. Был бы газ и то.. вон насос Геэмфри у него какая высота в РИ? Если есть хоть один пример пароэжекторного насоса для воды в РИ пожалуйста факты в студию. Этот насос хорошо для создания паровой рубашки к примеру.
Давайте речь автора шла о парожидкостном струйном аппарате. Сии девайсы активно используются для транспортировки технологических жидкостей, газирования напитков и так далее. Но во первых как правило эти среды не вода и во вторых везде расстояние не превышает нескольких метров и то горизонтали. Более того при смешении потоков пара и жидкости в случае значительной разницы начальных скоростей на входе в камеру смешения мы теряем 50% импульса потока смеси.
На эту тему есть патент ..http://ru-patent.info/21/20-24/2123619.html.. который описывает девайся для получения подогретой воды, но какое расстояние транспортировки пароводяной смеси неясно. Подозреваю для транспортировки на высоты свыше 10 метров количество пара будет огромным, по сути поток парововодяной смеси. Короче сей девайс скорее теоретический нежели практический.
Объясните мне темному как !!! можно сделать насос из водяного колеса и пароэжекторного насоса?. Данный тип насосов блин используется в основном только для откачки газов и создания вакуума
Нет.
Любой насос на то и насос, чтобы создавать разницу давления между входом и выходом, и неважно,
на входе или на выходе мы снимаем с него полезную нагрузку. К тому моменту, когда эжектор изобрели, смысла в нем как в двигателе уже не было и его использовали в основном для докачки воды в бойлеры локомотивов. Кроме того, в конце 19 века эжекторные насосы часто применяли фермеры в ирригационных целях. То, как эжектор используют сейчас, абсолютно неважно.
Колесо нужно для того, чтобы потом преобразовать потенциальную энергию поднятой воды в кинетическую наиболее дешевым и низкотехнологичным способом.
Да паровой эжектор может подавать воду в котел или очищать загрязненные жидкости, но как насос он способен поднимать воду на высоту не больше 2 метров.
Расчет в студию, откуда именно 2 метра.
Да да у вас просто кузнецы золотые руки на коленке куют шестерни для гидромоторов и насосов, а также ковшовые высоконапорные гидротурбины.
Турбину Пелтона делали реально в кузне, это патент 1870 года, изобретено и опробовано еще раньше. Напор будет не особо большой, с учетом попаданского же котла и давления.
Несколько я помню, шестеренчатый двигатель — патент то-ли Уатта, то-ли кого-то из его подчиненных, Уатт пробовал сварганить такой паровой двигатель, но не вышло, пар прорывался. Превратить его в гидромотор не догадались. Технологического уровня того времени для изготовления шестеренок вполне хватило.
Впрочем, чем ниже давление в котле у попадана, тем меньше смысла в турбине или гидромоторе и тем больше смысла в обычном водяном колесе.
Так на какую высоту будет девайс будет воду поднимать ? Каков расход пара есть ссылки на реальные устройства?
Гидромотор всяко требует 5-6 атмосфер да и мощность или ты на какое давление рассчитываешь. Я так понимаю ты предлагаешь с помощью эжектора напрямую используя повышенное давление струи на выходе из сопла вращать гидромотор? Выглядит замечательно ( кстати и колеса не нужно достаточно трубу с на перепаде высот) по простоте бьет все, нужно посчитать и в это я поверю.
По насосу нашел цифры в патенте ..http://www.findpatent.ru/patent/238/2387885.html.. давление пара — 0,01-1,3 МПа, давление воды — 0,01-1 МПа, температура воды — 0-90°С. В зависимости от режима работы устройство потребляет пар в количестве 1-15% от массы воды. При таких параметрах на выхлопе имеем струю жидкости 20 атмосфер то бишь 200 метров подъема. Значит возможно … вот блин.
Ну во первых давление ты можешь делать какое тебе нужно, во вторых котел там не нужен от слова совсем.
То есть нам нужен только корпус гидромотора который можно отлить заодно с толстой трубой. Это элементарные вещи. Попаданцу вполне до 50 -150 атмосфер доступны вещи. Трубопроводы из полиэтилена способны выдерживать давление до 20 атмосфер из бронзы до 400.
Сварку водород кислородную сделать при наличии адсобера элементарно. Тем более мы обсуждаем принципиальную возможность изготовления приводов. Одно дело громадный котел на 30 атмосфер, другое эжектор. Тут вообще можно попробовать чтобы гидромотор вращал колесо парохода, по КПД всяко не хуже первых паровиков будет. Короче тему буду изучать, высчитывать, а потом по эжектором большая статья нужна.
Сразу можно и делать пароструйный компрессор до 5 атмосфер реально.
При сжатии паровоздушерй смесей пар адбсорбируется рабочей жидкостью, что повышает КПД струйного компрессора. Также используем для селективной очистке сжимаемых газов с помощью рабочей жидкости ( можем чистить как ядовитые газы так и к примеру ацетилен или биогаз или газы коксования ) имеется возможность сжатия взрывоопасных газов, а также газов, содержащих твердые частицы и капли жидкости. Ну и вакуум конечно.
Как то тема ушла с моторов в гидроэнергетику, 🙂 пароэжектор и турбины требует наличия воды и перепада высот, значит не везде его можно установить :). Собственно попаданческая связка дана, любой прогресс требует развития металлургии, развитие металлургии требует топлива, Шахты и производство требуют движителей, которые можно установить где угодно без привязки к местности. А так же мобильных двигателей. Собственно дискуссия скорее о том, что сложнее создать высокое давление пара, или поршни для двс
Помимо поршней к ДВС много еще чего нужно и масла и прокладки и топливные насосы. Не надо бежать впереди паровоза. Сначала отработать на паровиках технологии обработки цилиндров и конструкции, а потом уже и ДВС. Пойми главное что нужно это научить народ и объяснить им как и что работает. Подготовить квалифицированных токарей слесарей и т.д. Никто ЗДЕСЬ не собирается развивать плотно развивать паровики, делать там машины тройного расширения … просто паровик требует меньшей точности обработки деталей это есть основная и единственная причина его использования.
А по эжекторы вот тебе попаданческий пароход. Ставим два эжектора- первый питает шестеренчатый ( пластинчатый) насос который качает воду в гидроаккумулятор ( система замкнутая с охлаждением проточной водой) . Аккумулятор питает водой под давлением оба эжектора. Второй питает водой основной гидромотор вращающий ходовой винт. Еще тут предлагался вариант с водометом но он малость не экономичен подойдет для катеров, не для пароходов.
Итого мы элегантно избавляемся практически от всей машинерии, валов редукторов, паровых цилиндров, зубчатых передач и т.д. КПД всей системы на уровне первых паровиков но работать будет и скорость будет не 5 км в час и если извратиться можно сделать пароэжекторный локомобиль.
Расход топлива велик но мы это нивелируем совершенным котлом ( там опять же эжекторы на питании ) и пылеугольным топливом с вихревыми горелками. КПД эжекторов до 40%, если даже вычтем расходы на насос товсе равно прилично выйдет.
// КПД эжекторов до 40%
Для парового это нереально много. Будет на уровне безконденсаторных паровиков.
//Помимо поршней к ДВС много еще чего нужно и масла и прокладки и топливные насосы.
Зачем топливный насос при питании от газогенератора? Прокладки и сальники нужны и для паровиков.
Масло нужно, и понятно что будет очень неэкономичная и убогая система смазки, это будет мотор масложорка, но расходы на смазку не самая большая проблема. 🙂
//Ставим два эжектора- первый питает шестеренчатый ( пластинчатый) насос который качает воду в гидроаккумулятор)
Вы правда считаете что изготовить шестеренчатый насос проще, чем выточить поршень?
//расход топлива велик но мы это нивелируем совершенным котлом ( там опять же эжекторы на питании ) и пылеугольным топливом с вихревыми горелками
То есть вместо лоутека, газогенератора сложенного просто из кирпичей, и чугунного литого мотора с золотниковым механизмом питания, на калильном зажигание, вы предлагаете вихревые горелки и совершенные котлы высокого давления? Собственно Стирлинг появился впервую очередь потому, что в начале 19 века котлы первых паровых машин высокого давления имели тенденцию слишком часто взрываться.Это слова самого Стерлинга, что к созданию нового типа двигателя его подвигли постоянные сообщения в газетах о пострадавших при взрывах котлов или прорывах пара.
//Сначала отработать на паровиках технологии обработки цилиндров и конструкции, а потом уже и ДВС.
«В 1740 г. машина с цилиндром длиной 2,74 м и диаметром 76 см за один день выполняла работу, которую бригады из 25 человек и 10 лошадей, работая посменно, раньше выполняли за неделю.»
Вы видите разницу в создании рабочего цилиндра длинной почти три метра и диаметром 76 сантиметров, и цилиндрами и поршнями первых ДВС размером около 10 сантиметров и для изготовления которых уже есть отлаженная технология применяемая для высверливания пушек начиная с начала 14 века.
..http://portal.tpu.ru:7777/SHARED/v/VICN/instructional_work/technology_organic_synthesis/Tab1/presentation3.pdf.. занимательно в том числе и про струйники.
Будьте любезны научиться пользоваться кнопкой ответ. Никого не интересует с телефона вы сидите или еще откуда.
А что обязательно такие огромные котлы делать? или все таки можно поменьше. Про болиндер уже говорили да возможно его сделать но на определенном этапе.
Что котлы ( просто конструкцию знать надо чтобы не взрывались ), что горелки, что эжекторы делаются литьем и клепкой. И гидромотор отливается также как и поршень только его с точностью до долей мм не нужно обрабатывать.
По КПД ерунда их КПД до 30 %, КПД шеси насоса 60-70 %, шиберного до 85%.
Кнопка Ответить.
// обязательно такие огромные котлы делать
Статья объясняет почему маленькие котлы бесполезны.
// По КПД ерунда их КПД до 30 %
Если вы про эжекторный насос то не ерунда. Хороший КПД у водяного эжекторного(там где впряскивается вода, а не пар) — чем меньше разница между скоростями тем выше кпд. А вот кпд парового очень невысок.
Я не котлы имел ввиду, а цилиндры, опечатка.
// А что обязательно такие огромные цилиндры делать?
ДА, ЕСЛИ ВЫ ДЕЛАЕТЕ ПАРОАТМОСФЕРНУЮ МАШИНУ, ВАМ НУЖЕН ИМЕННО ТАКОЙ ЦИЛИНДР А ТО И БОЛЬШЕ, ЧТОБЫ МАШИНА МОГЛА ВЫПОЛНЯТЬ работу, если же вы желаете классическую паровую машину, то вам нужен котел высокого давления, со всеми вытекающими проблемами этого котла и с проблемой необходимости монтажа дымогарных труб для увеличения площади теплообмена.
Хорошо, про шестеренчатый, не пластинчатый насос согласен — отливаем в бронзе, нормально, это лоутек. Как и газогенератор, стационарный хоть из кирпичей можно сложить, что тоже лоутек. Значит возникает вопрос, что сложнее изготовление котла высокого давления, который вам понадобится для эжектора, или выточка некрупного поршня на станке. Заметим, что так как производство будет не массовым, то подгонка может быть хоть из разряда, влазит не влазит, снимая за один проход резца по минимуму. (что потребует внедрения суппорта). Опять же зададимся вопросом для чего вам нужен этот привод, если для подъема воды на шахтах, то проще ставить стирлинг, вполне себе лоутек с минимумом расходных деталей и без высоких давлений, не даром с появления стерлингов все водокачки перевели на них. Если вам нужен мобильный двигатель, то мы упираемся в проблему, что сложнее для изготовления котел высокого давления или простейший ДВС на газогенераторном топливе.
При этом сделаю оговорку, для развития ЖД транспорта все равно придется внедрять паровики, двс без применения электрогенератора и электромотора, с вменяемой системой управления не может быть внедрена без применения сложной трансмиссии. Что собственно и определило долгую историю существования паровозов, Хотя в других областях транспорта они были уже 50 лет как вытеснены ДВС.
При этом сделаю оговорку, для развития ЖД транспорта все равно придется внедрять паровики, двс без применения электрогенератора и электромотора, с вменяемой системой управления не может быть внедрена без применения сложной трансмиссии.
Это кстати интересный вопрос в свете гидростатических вариаторов: https://www.youtube.com/watch?v=qxZFSNITK-c Несмотря на простоту конструкции, изобрели их не так давно и они весьма популярны как раз в тяжелой технике с ДВС.
В этих насосиках как я понимаю пистоны тупо по шайбе коллектора скользят, под лютыми нагрузками… Что как по мне — требует ни разу не попаданческих материалов и обработки… И масла тож..
Потому и «не так давно».
Нет, пистоны не сами скользят, они имеют шаровые опоры, и ими в свою очередь опираются на площадки из антифрикционного материала: https://www.youtube.com/watch?v=1FpT9Z4at-w
Кроме того, можно и без скольжения или если смущают боковые нагрузки — есть вариант с карданчиком в центре 🙂
С учетом того, что нагрузку можно таким образом будет раздать на много колес, схема имеет смысл. Каких-то космических материалов и обработки ни площадка, ни опоры не потребует, вот обработка отверстий и самих пистонов, это да, за точность придется повоевать, да и шаровые тоже…
Даже пароатмосферники можно делать много меньше, они то в основном работали на откачке громадных объемов воды. Но подумав как следует я решил отдать предпочтение эжектору и гидромашинам — схема повкуснее и поинтереснее.
Понимаешь vashu1 по гидромоторам я плотно изучил тему и вот что у нас вышло. На чистой воде практически гидромоторов нет 97% это масло, остальное водо-масляная 3-5% эмульсия. На чистой воде работают небольшие по можности двигатели которые делают из самых современных материалов нержавеющие особо коррозионно-стойкие сплавы, керамическое напыление и т.д.
И если мы сделаем гидромотор как привод к прокатному стану или экструдеру, то он проживет до первой остановки, там же и подшипники надо смазывать и крутящий момент ого-го на воде крякнет. Еще выяснил что гидромотор на водно-масляной эмульсии по эффектинвности стоимости и расходам на эксплуатацию уступает масляным в 1,5 — 5 раз, а на чистой воде соответственно еще больше…https://konstruktor.net/podrobnee-hidr/vodnaja-gidravlika-problemy-i-tendencii.html…
То есть в нашей схеме будет работать только турбина + ременная повышающая передача или редуктор. Для гидромоторов на масле ( кстати плоские героторные поинтереснее и попроще шестеренчатых будут ) мы должны использовать замкнутую систему трубопроводов с гидроаккамулятором и системой очистки водо-маслянной эмульсии ( тут либо центрифуга либо опять эжекторный способ )
Для гидромоторов на эмульсии просто замкнутый цикл. Эжектор разгоняет эмульсию после она самотеком поступает в нижний резервуар откуда ее поднимает в напорный бак шестеренчатый насос работающий от гидроцилиндра с высоким давлением ( 50 атмосфер хватит) как видишь система работать будет но это блин совсем не простая система как минимум нужен пресс для вытягивания трубок и сварка.
Тут еще опять статьи нарисовались по гидромашинам и маслам и смазкам их получению и системы очисты от загрязнений ( опять жидкое стекло рулит).
водо-масляная 3-5% эмульсия
Масло в воде — это жопа, с которой столкнулись производители паровых автомобилей. Либо пар надо сбрасывать в атмосферу (и вместе с ним драгоценное масло), либо пар с маслом идет в радиатор и там масло загаживает его до полной неработоспособности.
С эжектором лучше всего турбину Пелтона сразу делать, тогда не надо никакого масла в принципе.
О каком радиаторе речь, это эжектор ему все равно что ускорять с маслом еще и КПД получше будет. Эмульсия работает нормально в гидромашинах, надо лишь следить за ее составом. Если система замкнутая потерь будет минимум.
О каком радиаторе речь
Либо вы выбрасываете пар совсем — и тогда вы вместе с ним выбрасываете масло. Масла не напасешься, оно дорогое. Либо конденсируете пар потом — и тогда масло потихоньку загрязняет радиатор. Опять же кипятить воду с маслом — тоже проблема, масло будет коксоваться в бойлере.
О каком паре идет речь, после эжектора мы получаем поток жидкости под давлением. Пара добавлет к обжей массе примерно 15 %. в случае водомасляной эмульсиии для выпаривания лишней воды достаточно ее пропустить по заранее рассчитанному змеевику, в случае масла я уже писал — это либо эжектор либо центрифуга.
В любом случае это рабочая жидкость никто ее кипятить не собирается для получения пара.
Пар не конденсируется никак и нет смысла его потенциальная энергия переходит в жидкость, это не паровая машина с паром высокого и низкого давления.
У меня вдруг возникла бредовая идея, как сделать компактный котел для пароатмосферного двигателя.
Нужно просто пропускать через дым струи соленой воды. Площадь у капель будет огромна, и они мгновенно заберут все тепло.
Полученная вода используется для нагревания воды в котле. Так как соленая вода кипит при большей температуре, чем пресная, то можно сделать получить пар с давлением близким к атмосферному. Что вы думаете?
ОТВЕТ ПРОСТОЙ КОРРОЗИЯ ЗАПРЕДЕЛЬНАЯ.
Идеально вы тепло не распределите — часть испарится в факеле. Да и просто нагретая вода с большой площадью поверхности будет испаряться. И все это парообразование унесет больше тепла чем уйдет в котел.
Я бы скорее подумал о чем нибудь твердотельном, вроде куска керамики с порами. Греем один кусок, на второй льем воду.
>Идеально вы тепло не распределите — часть испарится в факеле. Да и просто нагретая вода с большой площадью поверхности будет испаряться. И все это парообразование унесет больше тепла чем уйдет в котел.
Предлагаю простой способ решения этой проблемы. Увеличивать подачу капель, пока не начнет конденсироваться влага пар, содержащийся в дыме. Её там довольно много, и она не даст каплям испаряться.
Ну резон тут есть. Вообще соленая вода будет конденсировать воду даже активнее пресной — благодаря осмотическому давлению.
Только к черту аэрозоль. Пробулькивать пузырькапи возлуха из топки. Соленость не меньше 30 процентов, температура под 150, соответственно перегрев пара потенциально можно сделать.
Коррозивность должна быть дикой, но возможно обычное лужение оловом будет нормально защищать.
Еще трудно будет выдерживать режим, чтобы соль не выпадала. Активное перемешивание пузырьками будет помогать. Еще можно контроллировать соленость поплавком и добавлять воды при превышении.
Очень интересно…
Самое смешное что я уже думал о соленой, но бросил. Хотя возможно как вспомню почему, так и похороню идею )
Забавное извращение — избавиться от котла и греть соленой водой впрыск прямо в цилиндр, по крайней мере для небольших машин.
Кажется вспомнил в чем там проблема
// Температура кипения соляных растворов тем выше, чем богаче раствор солью; при содержании 1% С. — раствор кипит при 100,21° (при давл. 760 мм); 2% — 100,42°; 6% — 101,34°; 15% — 103,83°; 18% — 104,79°; 21% — 106,16°; 24% — 107,27°; 27% — 108,43°; 29,5% — 109,25°
Соль не слишком повышает температуру.
Хотя с чем-нибудь другим можно подумать http://www.chemport.ru/data/data851.shtml
PS
Если охладить дым после сжигания метана, нефти, дров, торфа, бурого угля, то воды там будет по массе столкьо же, сколь было топлива. Если не больше.
Не факт. Процесс сжигания это превращение органики и кислорода в углекислый газ и воду, при этом углекислого газа по массе оказывается больше чем было кислорода. Соответственно воды в отходах горения будет меньше чем было топлива.
Ну а если потратить все тепло топлива на испарение воды, то ее будет в 4-12 раз больше по весу относительно топлива.
Что-то мне кажется, что стирлинг низкого давления будет попроще паровика.
В варианте с вытеснителем, поршень работает в холодной зоне. А уплотнение вытеснителя работает против сопротивления регенератора, которое м.б. выполнено сколь угодно низким, так что часто заменяют просто зазором с турбулизирующими канавками (да и обычное уплотнение тоже может быть вынесено в холодную зону).
Сходу получаем довольно высокий КПД даже в примитивной конструкции (если у паровых 15% — рекордные параметры, то стирлинг надо сильно изговнить, чтобы до 15% опустить, ну или на совсем уж низких перепадах Т работать).
Остаётся проблема с требуемой поверхностью теплообмена с топкой (и классический теплообменник даёт слишком большой паразитный объём). Но при беззольном горении это тоже решается — или теплообменом через переключаемый регенератор, или даже горением внутри горячей зоны стирлинга (вот не помню, кто автор). Тут уже нужны клапаны, но или работают в холодной зоне, или работают редко-периодически (так что нет ударных нагрузок и можно сделать хоть из керамики).
Т.к. рабочий поршень — в холодной зоне, то его вообще можно мембраной заменить. А если и вытеснитель герметизировать мембраной — выходит ну совсем уж стойкая конструкция без трения скольжения.
Оставшееся место износа — коленвалы, но даже их можно исключить: как головоломку по динамике рассмотреть мембранный резонансный, там вообще нет трения (бесконтактный съём энергии — электрогенерацией), а износ — только усталость упругих элементов и термоциклирование.
Строго говоря, бесконтактная генерация — это только переменный ток, что не всегда удобно, но какие-нибудь там купроксные выпрямители — вполне попаданческая технология.
Стирлинг тут отдельно обсуждали. У него главная проблема с мощностью.
Можно сравнить с ионными реактивными двигателями — при всех своих плюсах заменить классические реактивные они не могут.
> обсуждали
Ну, звыняйте. Значит, пока не дочитал.
> проблема с мощностью
Вряд ли хуже, чем у парового. У парового куча лишней массы в котле, а остальное вроде соизмеримо или незначимо. Теплообменник с примерно той же площадью есть и у стирлинга, но может работать на низких давлениях, т.о. материалоёмкость единицы теплообменной поверхности намного меньше (по сути, кпд стирлинга мало зависит от давлений — в отличие от паровика). А у варианта стирлинга с прямой передачей тепла, т/о-поверхность совсем дешево обойдётся (и по массе, и по собственно цене; регенератор ведь можно хоть из насыпного песка сделать).
// регенератор ведь можно хоть из насыпного песка сделать
И работать на единицах оборотов в минуту? Сопротивление движению газа то у песка будет немаленькое.
Сопротивление можно уменьшить повышением сечения. Сечение регенератора ограничено только создаваемым регенератором паразитным объёмом.
А учитывая, что свободного пространства между песчинками немного, он не сильно добавляет паразитный объём…
Да и «песок» — это же не обязательно пыль в доли мм, и не обязательно разнозернистый и угловатый (укладывающийся намного плотнее фракционированного).
Нет, понятно, что специально изготовленный из сеток или проволоки (итп) можно сделать поэффективнее, но это же специально делать; и могут понадобиться жаростойкие материалы, если среда окислительная (а это именно так при передаче тепла через регенератор). А если топка даёт не совсем чистый газ, а с примесью золы, то регенератор ещё и чистить иногда придётся, что для песочного элементарно, а для проволочного может превратиться в неслабую проблему.
Кстати, зола от нефтяных (и не только) топлив часто содержит V2O5, а это ещё тот агрессор, по-горячему и высокохромистую нержавейку жрёт (да наверное, и многие благородные металлы тоже), ну и других гадостей в золе хватает.
Так что металлические регенераторы — это для замкнутого объёма неагрессивного рабочего газа, но это требует классического теплообменника, т.е. тянет проблемы медленного поверхностного теплообмена с топкой.
Как-то ещё можно поднять эффективность теплообмена? Пока всё, что придумывается, — каких-то диких наворотов требует.
Отказаться от теплообмена — это ДВС, с его сильной зависимостью кпд от степени сжатия и от качества управления газообменом. И с горячим уплотнением поршня. А это всё тянет на себе требования к точности, материалам, смазкам, итд.
И в газотурбинных примерно те же проблемы с требуемым уровнем технологий.
Песок – он песок и есть. Он в любом случае не гравий. И именно из-за дефицита объёма зазоров между песчинками он и будет большим и тяжёлым. А ведь даже если Ваша печка стационарна, этот вес ещё привезти надо. И вес растёт не только у песка, но и у стенок. А ещё быстрый поток газа через песок просто вынесет песчинки. Куда? Ни в духовке, ни в домне, ни в мартеновской печи, ни в цилиндре паровой машины, ни в турбине песок нафиг не нужен. Кстати, рудный концентрат не для красоты спекают в крупные куски. Цели: повысить газопроницаемость и предотвратить вынос концентрата потоком газа. И это для огромных современных домен. Даже там рудный порошок не допускается, нужен агломерат, который по определению есть спечённые из рудного концентрата крупные куски. А песок – это только каменный порошок. Если не порошок, значит и не песок. Или Вы хотите из песка подобие агломерата сделать?
> песок и есть. Он в любом случае не гравий
google: песок фракции размер
Вот тот, что «крупнозернистый» — не кажется. что там газ со свистом будет пролетать? Так что даже крупновато выйдет.
> дефицита объёма зазоров между песчинками он и будет большим и тяжёлым
Задача: максимум поверхности, минимум объёма.
Ответ: минимальные сечения зазоров.
Есть другие варианты?
Задача: максимум поверхности, минимум объёма материала (масса).
Ответ: минимальные толщины материала вглубь от поверхности (порошок, проволока, лист с тонкими стенками).
Есть другие варианты?
Задача: минимальное сопротивление при заданном малом сечении канала.
Ответ(?): гладкие каналы — листы или проволока вдоль потока.
Ага, всё красиво, но вот в применении именно к регенератору, металл вдоль потока — это теплопоток по металлу, т.е. прямые потери эксергии. А любое прерывание сплошности материала также прервёт и гладкость каналов.
А исполнить тонкие волокна или пластины из неметаллических (малотеплопроводных) материалов и аккуратно уложить это вдоль потока… ну, наверное, можно попробовать, но хрупковато выглядит (да и чистить как?).
Т.о. с гладкими вдоль потока каналами облом-с.
Задача: сечения каналов заданы, характерные толщины материалов заданы, продольно потоку материал д.б. несплошной; найти форму материала.
Ответ: проволоки поперёк потока (с малыми зазорами или объёмная пористая/насыпная конструкция.
Ну, дык к этому и сводятся самые эффективные регенераторы. Из проволоки — с особенностями укладки так, чтобы зазоры были (и желательно везде однородные). Из сетки поперёк потока. Из пористого насыпного или спечённого материала — тут м.б. оптимизация формы насыпных частиц или формы остающихся каналов в спечённом; в спечённом также д.б. ограничена сплошность материала вдоль потока (теплопроводность, ага).
Задача: минимальное сопротивление при заданном малом сечении канала и негладком канале.
Ответ: ламинарное течение (или хотя бы минимальная турбулентность), минимальные потери динамического напора, т.е. малая скорость или малые характерные размеры каналов (см критерий Рейнольдса; на вязкость влиять не можем).
Скорость в сечении определяет объёмный расход, или при заданном суммарном расходе всех каналов (который фиксирован из конструктивных соображений или термодинамических при заданной мощности) определяет паразитный объём, который надо бы минимизировать.
Уменьшение сечений и увеличение их числа в параллель — улучшает теплообмен на единицу объёма каналов, т.о. позволяет укоротить регенератор (если соблюдается его малая продольная теплопроводность), что уменьшает сопротивление и/или паразитный объём — тут всё упирается в продольную теплопроводность конструкции; при полном отсутствии продольной теплопроводности и мелком продольном характерном размере элементов, продольный термоградиент в регенераторе м.б. большим без роста теплоутечки по регенератору, и регенератор м.б. коротким.
Если бы можно было проволоку намотать спиралями в пространстве и точно зафиксировать зазоры, то вышел бы идеальный регенератор (не считая проблем с чисткой).
Но достаточно сферические шарики при укладке тоже имеют малую теплопроводность (точки контакта по материалу малы), так что это не особо отклоняется от идеальности (а заодно становится элементарным в изготовлении).
Как не укладывай шарики (с сетками — то же), но продольная теплопроводность таки остаётся и только это запрещает укорачивать регенератор и одновременно снижать сечения (сохраняя поверхность теплообмена и сопротивление).
Кпд стирлинга зависит от всех этих сопротивлений, теплоутечек и недотеплообмена, и в крайних их положениях, очевидно, нулевой, т.о. появлется задача на поиск экстремума.
> просто вынесет песчинки
Ну значит очевидно, что не надо свободной насыпью насыпать. В чём проблема-то?
> рудный концентрат не для красоты спекают в крупные куски
Куски концентрата имеют несколько другие зависимости ф-и эффективности процесса от размеров. Реакции медленные, процесс долгий, слой д.б. толстый. Длительность процесса ограничивается не диффузией в газе (иначе как раз мелкий был бы выгодней), а диффузией в твёрдом материале, а молоть руду мельче — затраты на размол растут экспоненциально (да и в слишком мелком порошке появляются вторичные проблемы с газодиффузией уже внутри самих гранул).
Вот если бы мог работать обжиговый аппарат (или домна) с тонким слоем — так и были бы выгоднее помельче гранулы.
Кстати, во всяких там контактных аппаратах часто так и делают, слой катализатора очень тонкий. И мелкозернистый.
Да, вдогонку…
Попадалось исследование разных материалов регенераторов (ссылку не дам, давно было) — по балансу сопротивления vs площади теплообмена, так весьма неплохим был регенератор из слабоспечённого металлического порошка. Но это по газопроницаемости ничем не отличается от песка того же размера. Единственно, что там как-то параметры пор явно задавали, типа вытравливанием одного из компонентов после спекания.
Лучшим был из хитронамотанной проволоки; но некритично лучшим.
Как раз спечённый порошок – это нифига не куча, а крупные куски с зазорами большего размера между ними. А не спечённый песок – это просто куча, там все зазоры маленькие. И сопротивление больше. Даже у гравия сопротивление может быть больше, чем у порошка, но спечённого.
> Как раз спечённый порошок – это нифига не куча, а крупные куски с зазорами большего размера между ними.
А вот не надо терминологию извращать. Куски — это «гранулы, спечённые из порошка» (или агломераты).
А именно спечённый порошок, с порами — это то, что внутри самих гранул, сплошь связный в макромасштабе, без деления на несвязанные куски.
> зазоры маленькие. И сопротивление больше.
Дык не выйдет и рыбку съесть, и массы регенератора не набрать, до кучи с паразитным объёмом. В том-то и задача.
См ветку выше.
Понятно.
А что за
// у варианта стирлинга с прямой передачей тепла
Теплообменник нагревается отдельно и подключается к двигателю? Нигде не видел такого.
Именно такая и мне не попадалась.
Попадалась конструкция с горением прямо внутри рабочего объёма, автора не помню. Вот от неё я и сплясал, чуть оптимизировав — исключив синхронность работы клапанов с циклами и одновременность нагрева и снятия тепла с регенератора.
Специально рыть все те тысячи патентов, что были по этой теме — ну его нафиг. Всё равно этот велосипед с оч.выс. вероятностью где-то есть; в двигателестроении мелким гребнем все варианты перебирали — и очевидные, и не совсем.
В любом случае, даже если патентопригодно, то заниматься не собираюсь. 🙂
А может и попадалась, да только сама идея и запомнилась.
> с горением прямо внутри рабочего объёма
Дык это уже ДВС, не? ) Если можно жечь унутре — паровики и Стирлинги идут лесом.
Формально — ДВС.
Но зачем лесом, почему лесом?
Если газ в стирлинге нагревается не через стеночку, а напрямую тепловыделением в газе, то ни цикл, ни кинематические способы его реализации не меняются; с чего бы перестать называть его стирлингом? В буквах «стирлинг» я не вижу ни одной, которую можно было бы расшифровать как «внешнее сгорание». 🙂
Или это про удельную мощность? Ну дык эти рекорды требуют недетских технологий.
Лесом, категорически лесом. И по удельной мощности, и по технологической простоте. И по КПД тоже, хотя это уже обоснуя требует.
Имея внутреннее сгорание — поставьте любой поршень, хоть водяной — и будет намного проще и эффективнее.
Внутреннее сгорание это другие давление и скорость хода поршня.
> по удельной мощности
Ну вот опять эта гонка за удельной мощностью. В космос, шоле, на нём летим? В подавляющем большинстве случаев движки стационарные.
> по КПД тоже, хотя это уже обоснуя требует
А вот не надо про кпд. У стирлинга априори высокий кпд, как раз если за удельной мощностью не гоняться.
В принципе, стирлинг легко доводится до _любого_ кпд в пределах карно (но с падением удельной мощности). Для обычных ДВС это невозможно принципиально (ну, кроме фантастических материалов цилиндра/поршня с нулевой теплопроводностью и теплоёмкостью).
Не буду углубляться в тему, но на мой взгляд низкотехнологичный девайс вроде бетонного/чугуниевого «циллиндра» с водяным «поршнем» — и проще и эффективнее аналогичного по сложности Стирлинга (если такой вообще возможен).
Ну и кто мешает добавить к этому регенератор? Пусть даже будет тоже плавучий, а сдвиг фаз организуется… гм… а вот не буду давать решение — пусть будет тренировкой по конструированию. 🙂
И ещё вариант: альфа-стирлинг. Тоже с бетоном и водой.
Нафига вообще усложнять элементарную конструкцию с жидким поршнем? А потому что с ж.поршнем больших скоростей поршня не получить. Любые неравновесные относительно цилиндра/поршня газы просто «разрядятся» по теплу на стенки. А стирлинг — наоборот — рад малым скоростям, у него всё чем локально-равновесней, тем лучше.
> Любые неравновесные относительно цилиндра/поршня газы просто «разрядятся» по теплу на стенки.
Стенка растёт по квадрату, тепло — по кубу. Большая хреновина будет эффективна. Тем более, что большинство ранних движков были задействованы как насосы. А тут и преобразовывать ничего не надо. И работать буде абсолютно с любой чачей.
А регенератор — это уже намного сложнее конституционно, и требования к жидкости выше…
А неустойчивости поверхности жидкости растут тоже не менее первой степени размера.
О скорости «тепловой разрядки» можно на-глаз судить, вспоминая медицинские банки, которые на спину лепили.
Ну и эксперимент недолго провести, в тазике с втягиванием воды. Заодно и неустойчивость будет видна.
> А регенератор — это уже намного сложнее
Регенератор для, например, альфа-стирлинга — это щебень в трубе, соединяющей цилиндры. Уй, как сложно!
// вот опять эта гонка за удельной мощностью. В космос, шоле, на нём летим?
Паровой движок начала 19 имел 1(хорошо 2) лошадиных сил на тонну. На пароходе он занимал порядка трети веса/пространства.
Стирлинги —
// The popular Rider-Ericsson (sold from 1876 to 1920), weighs 400kgm, develops 250watts (1/3hp) in the 5″ size and cost 2 years average NZ income.
1 лс на 1.2 тонны
В общем по удельной мощности отступать некуда.
// У стирлинга априори высокий кпд
// стирлинг легко доводится до _любого_ кпд в пределах карно
// Except for a few designs produced by major research laboratories at enormous expense using hydrogen or helium working fluid pressurised to more than 100 atmospheres, most well designed modern Stirling engines are typically less than 15% efficient and have low specific output (power for size). They compare unfavourably with compact petrol engines which approach 30% efficiency and diesels with more than 40%.
https://www.peterlynnhimself.com/About_Stirling_Engines.php
// Любые неравновесные относительно цилиндра/поршня газы просто «разрядятся» по теплу на стенки.
КПД большого четырехтактного Гемфри — 20 с лишним процентов.
Ну и про первый стирлинг
// A look at the Stirling brothers’ engine of 1845 reveals that it embodied a regenerator and was pressurized. Pressure variation is stated to have been between 10 and 15 atm, so the degree of pressurization was essentially that of Philips’ first ‘production’ air engine – the legendary MP1002CA.
// the Dundee foundry engine was replaced by a steam engine after three hot cylinder failures in four years.
> 1 лс на 1.2 тонны
Огромный трубчатый т/о с топкой — это примерно как паровозный котёл. Неудивительно, что удельная мощность выходит того же порядка.
> pressurised to more than 100 atmospheres
Вот это — тоже из погони за уд.мощностью.
> three hot cylinder failures in four years.
А горячие цилиндры — это альфа-стирлинг.
> Stirling engines are typically less than 15% efficient
Странно. А вот, напр G.Walker в своей книге по стирлингам говорит о намного бОльших цифрах. Не в теории, а о фактических выпускавшихся. И удельные массы на кВт там упомянуты не тонны, а неск кг (угу, дизели впятеро легче, но кому от этого проще?)
До дизельных 45% не дотягивают потому что верхние Т цикла малы, т.к. при этой Т должен работать металлический теплообменник большой площади.
И тем не менее, стирлинг даже от солнца достигает 35%. Если что — гугл в курсе.
Так вот, возвращаясь к самому началу: я как раз и предложил способ, в котором «котёл» не нужен, выс.Т могут быть приложены к ненагруженным деталям (т.е. можно поднять Т), а все нагруженные могут работать в холодной зоне. Решает все вышеперечисленные проблемы.
Да, решение привязано в осн. к низким рабочим давлениям, что поднимает габариты (но это — объём, а не масса) и снижает требования к технологии (жестянки, ага).
Кста, вот мембранный стирлинг из жестянок: https://www.youtube.com/watch?v=dwfwIuxefSE
Где-то ещё есть видео прицепленного туда электрогенератора.
Думаю, по кпд он не блещет, ну так добавление нормального регенератора добавит ему не так уж и много массы.
Если кто считает, что сконструировать и рассчитать резонансный мембранный стирлинг-из-говна сложно — пусть первый бросит в себя камень. 🙂
// удельные массы на кВт там упомянуты не тонны, а неск кг
Серийно производившийся MP1002CA — 180 ватт 30 кило. Итого 125 кило на лс., 170 кг на кВт http://www.oldengine.org/members/croft/images/MP1002CA.pdf стр. 6
// Если что — гугл в курсе.
Если что — джентльменов тут нет.
// стирлинг даже от солнца достигает 35%
https://www.researchgate.net/publication/239402706_Dish-Stirling_Systems_An_Overview_of_Development_and_Status
// Dish-Stirling systems have demonstrated the highest efficiency of any solar power generation system by converting nearly 30% of direct-normal incident solar radiation into electricity
Уже ПОЧТИ 30 процентов. Если покопать то как раз и обнаружатся «enormous expense using hydrogen or helium working fluid pressurised to more than 100 atmospheres»
Для двс тоже можно найти рекорсменов «Toyota Gasoline Engine Achieves Thermal Efficiency Of 38 Percent»
// сконструировать и рассчитать резонансный мембранный стирлинг-из-говна сложно
Термоакустику что-ли? Осталось только вывести мощность.
// А горячие цилиндры — это альфа-стирлинг.
В бете холодное УПЛОТНЕНИЕ. Часть цилиндра таки в любой схеме остается горячей. Так что бета попаданцу не сильно поможет — от УГ металл цилиндр развалится через год.
Идея, я так понимаю, разгерметизировать движок и нагреть/охладить концы регенератора, потом закрыть и работать на запасе тепла. Пористость у него немаленькая, так что теплообмен должен быть хороший. Но в реале что-то такого не встречал, хотя идея очевидная, я и сам о таком думал.
.
Верно.
А можно не весь движок разгерметизировать, а поочерёдно регенераторы. Это чтобы во время разгерметизаций подменять не целым другим движком, а всё тем же (кроме одного регенератора).
vashu1> 180 ватт 30 кило. Итого 125 кило на лс., 170 кг на кВт
Уокер Г. — «ДВИГАТЕЛИ СТИРЛИНГА». М.Машиностроение.1985. стр.176 — примерный график уд.мощности зависимо от мощности. И далее в книге много примеров, в общем, подтверждающих график.
Впрочем, мы вроде не рекордный хайтек должны смотреть, а более дубовые конструкции. И как раз там вылезет бонус от сильной зависимости от технологий у ДВС и слабой — у стирлингов (при условии равных требований к кпд и ресурсу).
А при росте технологий материалов и обработки — ессно, что ДВС становятся удобней.
> Если что — джентльменов тут нет.
И это правильно. 🙂
>> стирлинг даже от солнца достигает 35%
> https://www.researchgate.net/publication/239402706_Dish-Stirling_Systems_An_Overview_of_Development_and_Status
// Dish-Stirling systems have demonstrated the highest efficiency of any solar power generation system by converting nearly 30% of direct-normal incident solar radiation into electricity
Гм… возможно я сглючил. Помню «что-то эдакое», а цифру на-глаз написал, из того, что помнится. Говорила мне прабабушка: «не пиши комментов невыспавшись». 🙂
Но вообще-то 30% — это для всей «SPG system». В которой есть и потери зеркала, и прочие потери по мелочи. Так что 35% для самого того стирлинга — запросто (а может и все 40).
>> резонансный мембранный
> Термоакустику что-ли?
Нет. Термоакустика — это хоть и резонансный, но резонанс массой газа, а не поршня/мембраны.
В обычном: размеры газовых путей много меньше длины волны ==> инерция газа пренебрежима ==> во всех точках системы давление ~одинаково (с точностью до потерь).
Впрочем, и термоакустика м.б. интересна — как по «без движущихся деталей», так и (для случая попаданца) «ноу-хау», которое хрен кто повторит, разве что сверхточным копированием (да в общем-то и сейчас не особо умеют).
> Осталось только вывести мощность.
Куча вариантов. Хотя, конечно, удобство зависит от частоты.
PS. Вспомнился опыт: горение водородной свечки в длинной трубе — и громко же выходит, зззараза. 🙂
Хотя кпд там смешной… ну, при такой простоте конструкции…
PPS. А, бесклапанный ПуВРД — это ж тоже термоакустика.
И тоже громкий. 🙂
// Уокер Г. — «ДВИГАТЕЛИ СТИРЛИНГА». М.Машиностроение.1985. стр.176 — примерный график уд.мощности зависимо от мощности.
Спасибо. Всегда приятно говорить с человеком работавшим с материалом. График начинается от 10 кВт, но все равно — не ожидал что удельная мощность вырастет так быстро.
Но давайте посмотрим на график сбоку от упомянутого вами
http://dl.dropboxusercontent.com/s/7kfubehiosojxu5/stirling_power_efficiency.png
Видно что КПД ДВС и Стирлинга автор полагает сравнимыми.
// > 1 лс на 1.2 тонны
// Огромный трубчатый т/о с топкой — это примерно как паровозный котёл. Неудивительно, что удельная мощность выходит того же порядка.
Теплообмен к середине 19 века понимали не хуже нас. Я не сомневаюсь что попаданец может пробить изобретение задолго до реала если имел место теоретический затык, как с тем же конденсатором. Но регенератор был известен еще в 1816 году. Что мешало стирлингу занять место получше чем в реале уже тогда? Снобизм не позволял викторианцам насыпать щебенку?
Тут я сильно подозреваю технологическую, а не теоретическую проблему.
Сам Стирлинг в 1876 возлагал надежды на бессемеровскую сталь — те по его мнению была большая проблема с материалами.
Любители работают с ними и сейчас. Я уже приводил ссылку на одного. Вот его шуточная статейка про уровни любительских стирлингов https://www.peterlynnhimself.com/SE_Power_Scale.php
// мембранный
// > Осталось только вывести мощность.
// Куча вариантов. Хотя, конечно, удобство зависит от частоты.
Ну попробуем представить.
На стр 56 там же есть пример расчета.
4 литра, 750 кВт, 30 Гц, 200 атм гелий — если мы понижаем частоту до 3 Гц и давление до атм — получаем треть киловатта.
Через мембрану за такт проходит сотня джоулей, при ходе даже в те же 10 см что упомянуты в примере(а для мембранного варианта ход придется уменьшить) это сила в сотню кгс. Из чего мембрану делать?
> Видно что КПД ДВС и Стирлинга автор полагает сравнимыми.
Уже говорил: это от технологий зависит; и ДВС зависит сильнее. По уровню технологий 1970х кпд выходили примерно равны (уд.мощность — да, в пользу дизеля). А вот, например, на сегодня, дизель можно где-то до 50% вылизать, а стирлинг уже отстаёт.
Хотя вот с нагревом через регенератор — цифр не видел. Может там можно что выиграть (рост Тmax и снижение паразитного объёма). А их не делают из за громоздкости (да и материалоёмкость таки выше дизеля).
> Снобизм не позволял викторианцам насыпать щебенку?
Тут я сильно подозреваю технологическую, а не теоретическую проблему.
Х.з… История техники показывает, что иногда случаются большие тупизмы с теоретическим пониманием, особенно при передаче идеи с уровня теоретика на уровень массовой инженерии.
А ещё ведь не совсем тривиальные схемы нормально расчитывать научились только с появлением компов.
Но вообще-то ведь схему Эрикс[с]она на практике использовали, а это ж примерно оно — клапаны переключают регенератор (но по холодной стороне), постоянный воздухообмен есть, соотв ничего не мешает устроить горение топлива прямо в цилиндре. А вот реально жгли в цилиндре или таки тупили с использованием внешнего горения — сходу не помню.
> На стр 56 там же есть пример расчета.
>4 литра […] 3 Гц и давление до атм — получаем треть киловатта.
Не вижу. Там конец раздела про компьютерные методы расчёта. На стр 57 есть формула, по которой при 4л 1ат 3Гц выходит 180Вт. И это похоже на правду.
Если прикинуть прямоугольный цикл: Т300 1ат нагреть до Т600 не меняя объёма — выйдет 2ат; пусть паразитный объём равен вытесняемому, тогда 1.5ат; адиаб.расширение с 1.5 до 1ат снимет (1.5^((k-1)/k)-1)*600*20.8Дж/моль/К ~= 1.3кДж/моль, ~200Дж/4л.н.у (на самом деле такое расширение аж до 1ат требует рабочего хода где-то на 20% больше объёма вытеснения, но похерим); непрямоугольность даст что-то типа /1.41 и на всякие мех.потери и газодинамику спишем половину; т.о. в итоге где-то около ~70Дж/цикл. А, ещё же среднее давление выше вышло, ну значит при среднем 1ата — как раз как по той формуле.
Ну да ладно, не об этом вопрос…
> Через мембрану за такт проходит сотня джоулей, при ходе даже в те же 10 см что упомянуты в примере(а для мембранного варианта ход придется уменьшить) это сила в сотню кгс. Из чего мембрану делать?
И что такого в 100кгс? Вполне себе терпимые усилия, если их не к точке прикладывать. Мембрана — это же м.б. жесткий диск, а гибкая часть только кольцом по периметру; так почти всё усилие к диску приложено.
Только я бы поигрался рабочим ходом в сторону уменьшения, чтобы всякие инерции снизить (взамен площадь нарастить — если прочее не менять).
Для попаданца — из любого эластичного материала, хоть кожа.
«На коленке» на сегодня — армированная резина (выпечена сразу под нужную форму). Или из листа с кольцевыми гофрами (и лучше бы поднять частоту и уменьшить ход). И м.б. проще не металлическую, а композитную.
Для кожи или резины — наверное оптимальной формой будет что-то среднее между плоской и чулочной, примерно как половинка тора, срезанная в плоскости большого радиуса. Так материал в осн. «перекатывается» и работает почти только на растяжение, мало сдвиговых деформаций в плоскости материала (т.о. меньше потерь в нём и внутреннего износа на усталость). Но и при исходно плоском листе примерно то же и выйдет, только «чулочность» мала (ход надо делать меньше и скомпенсировать площадью).
И никаких коленвалов. Всё вывешено на поддутых объёмах под диафрагмами — работают как пружины (регулируемой жесткости!) и заодно обеспечивают натяжение диафрагм (чтобы не «звенели»).
А если полупромышленно делать… ну, тут уж лучше таки дизель. 🙂
Если промышленно и именно что-то стирлингообразное обязательно, то для промышленности поршневые, видимо, роднее будут. Но тоже можно диафрагмами поиграться, и по максимуму всё подряд штамповкой и вытяжкой делать.
Для попаданца, кстати, вопрос резины — не обязательно недостижимый хайтек. Ну, разве что для полных гуманитариев. 🙂
> (1.5^((k-1)/k)-1)
Так, что-то я тут намутил. Степень д.б. отрицательная, и соотв разница с единицей обратная.
Вот так: 1 — 1.5^(-(k-1)/k)
Но цифры от этого примерно те же.
А как приспособить ПуРВД к парогенерации и направить пар в паровую машину?
В котле узкое место — передача тепла от воздуха к стенкам. В ПуВРД эта передача интенсифицируется движением воздуха, для которого не нужны никакие доп вентиляторы. Так что надо просто подвести воду к внешней стенке.
http://popadancev.net.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/pulsejet/comment-page-1/#comment-153345
Котлы с внутренним горением топлива http://www.douglas-self.com/MUSEUM/POWER/ICboiler/ICboiler.htm
+ https://sci-hub.tw/https://doi.org/10.1243/JILE_PROC_1927_017_018_02
// When a flame burns in water under pressure, nitric acid and nitric oxides are produced. You therefore have the alluring prospect of pumping nitric acid through your steam engine, which is unlikely to do it any good. Brunler said this had been a problem ‘for nearly twenty years’ but claimed that it had been solved by adding lime to the feedwater, so that calcium nitrate was produced instead.
Основная проблема, похоже — потребность в мощном компрессоре.
https://www.dropbox.com/s/aerhringeimfjw2/Steam%20boiler%20technology.png
//Несложно прикинуть что если попаданец не сможет изготовить котел из сотен труб и будет вынужден довольствоваться обычным цилиндрическим//
тут не стоит изобретать велосипед, а стоит как раз обратиться к паровому котлу с дымогарными трубами, поскольку именно такой котел достаточно легко изготовить и получить высокую производительность при адекватных габаритах.
В стефенсоновской «Ракете» и других ранних паровозах использовались медные или латунные трубы, спаянные твердым припоем из свернутого листа. Для закрепления в стенке котла использовались кольца-феруллы, забиваемые внутрь трубы. Такое соединение вполне выдерживало давление до 10 атм, а при прогорании трубы ее было несложно заменить, для чего феруллу распиливали.
Сам котел можно изготавливать как из железных листов, так и из меди или медных сплавов. Например, при рабочем давлении 7.5 атм и диаметре котла в 1 метр достаточно 8-9 мм толщины стенки цилиндрической обечайки. При меньшем диаметре, в 300 мм, для рабочего давления в 15 атм достаточно лишь 6 мм. Помимо способности спаиваться медь обладает высокой пластичностью, что снижает риск взрыва котла, который, при наличии должных предохранительных устройств и регулярных гидравлических испытаниях и так сводится к минимуму.
Несколько более сложный вопрос состоит в конструкции топки, так как классическая огневая коробка паровозного котла достаточно сложна и требует множества скрепляющих элементов. Однако для топлива типа дров можно обойтись отдельной топкой, а для жидкого топлива — вообще без топки. При короткопламенном угле или коксе подойдет цилиндрическая топка, не требующая скреплений.
//tubes are formed of the best rolled brass, and their thickness in the engine, to which we now refer, is 1/13 of an inch. After the brass plating is bent into the form of a tube, and being overlapped, is properly soldered together, and the edges smoothed off, the tubes are made perfectly cylindrical by being drawn through a circular steel die.
The tube-plates (as those parts of the boiler ends in which the tubes are inserted are called) are bored with holes in corresponding positions, truly cylindrical, and corresponding in magnitude to the tubes, so that the tubes, when passed into them, will be just in contact with them. The length of the tubes is so regulated, that when extending from end to end of the boiler, and passing through the holes, they shall project at each end a little beyond the holes. The manner of fastening them so as to be water-tight is as follows:—A steel hoop or ferrule, made slightly conical, a section of which is exhibited at C. fig. 105., the smaller end of which is a little less than the internal diameter of the tube, but which increases towards the outer end, is driven in as represented in the figure. It acts as a wedge, and forces the tube into close contact with the edges of the hole in the tube-plate.
https://www.gutenberg.org/cache/epub/42602/images/i_391.png
When particular tubes in a boiler are worn out, and require to be replaced, their removal is easily effected. It is only necessary to cut the steel ferrule on the inside, and to bend it off from contact with the tube, by which means it can be loosened and withdrawn, and the tube removed.//
//The substitution of brass for copper tubes, which has been already mentioned as so great an improvement in the construction of locomotive engines, is ascribed to Mr. Dixon, who suggested them in 1833, being then the resident engineer of the Liverpool and Manchester Railway. They are said to last six or eight times as long as copper tubes of the same dimensions.
When tubes fail, they are usually destroyed by the pressure of the water crushing them inwards: the water enters through the rent made in the tube, and flowing upon the fire extinguishes it. When a single tube thus fails upon a journey, the engine, notwithstanding the accident, may generally be made to work to the end of its journey by plugging the ends of the broken tube with hard wood; the water in contact with which will prevent the fire from burning it away.
Tubes of the dimensions here referred to weigh about sixteen pounds, and lose from six to seven pounds before they are worn out. Their cost is about one pound each//
вертикальные котлы с дымогарными трубами хорошо подходят там, где нужна портативность, а кроме того, лучше работают при наклонах котла, что актуально, например, для парового трактора или тягача. Однако требуют большей осторожности ввиду риска прогара верхних участков труб, не окруженных водой, при излишней интенсивности горения топлива
https://www.gutenberg.org/cache/epub/35916/images/illo368.png