6074
13
Интересно привести сегодня такое сравнение: в огневой коробке котла паровоза серии Л (знаменитая "Лебедянка") теоретически может разместиться такой автомобиль как Лада Веста.
А в камерах сгорания 12 цилиндрового дизеля тепловоза М62 типа 14Д40 той же мощности - едва ли уместиться задний ряд сидений автомобиля.
Всем известный и некогда очень широко распространенный на нашей сети железных магистралей тепловоз серии М62 , та самая "Машка". ПТОЛ Бологое ТЧЭ-4.
×
Общая масса паросиловой установки грузового паровоза серии Л при мощности 1470 кВт (или 2000 л.с.) составляет примерно 40 тонн (это без учёта воды в котле и угля в топке).
Тогда как дизель 14Д40 аналогичной мощности (без учета вспомогательного оборудования) - обладает массой около 16 тонн, т.е. в 2,5 раза меньше при одинаковой мощности.
Демонтированный с тепловоза серии М62 12-ти цилиндровый дизель с поддизельной рамой типа 14Д40. Великие Луки ТЧ-31.
При этом паросиловая установка паровоза серии Л требует для своего размещения площади свыше 50 м², а тепловозного дизеля 14Д40 всего около 12 м².
Если продолжить сравнение той же паросиловой установки паровоза серии Л с каким-нибудь ещё более мощным типом дизеля чем 14Д40, к примеру 5Д49 установленного на ТЭП70 (масса 18 тонн), который способен номинально выдавать 2942 кВт или 4000 л.с., то соотношение массы к ожидаемой на выходе мощности ещё больше увеличится:
40 тонн и 2000 л.с. паросиловой установки паровоза серии Л;
18 тонн и 4000 л.с. дизеля 5Д49 тепловоза ТЭП70.
Мы пришли к выводу о том, что масса дизеля тепловоза ТЭП70 в нашем случае в 2,2 раза ниже чем у паросиловой установки паровоза серии Л, а мощность при этом в два раза выше.
Если продолжить сравнение той же паросиловой установки паровоза серии Л с каким-нибудь ещё более мощным типом дизеля чем 14Д40, к примеру 5Д49 установленного на ТЭП70 (масса 18 тонн), который способен номинально выдавать 2942 кВт или 4000 л.с., то соотношение массы к ожидаемой на выходе мощности ещё больше увеличится:
40 тонн и 2000 л.с. паросиловой установки паровоза серии Л;
18 тонн и 4000 л.с. дизеля 5Д49 тепловоза ТЭП70.
Мы пришли к выводу о том, что масса дизеля тепловоза ТЭП70 в нашем случае в 2,2 раза ниже чем у паросиловой установки паровоза серии Л, а мощность при этом в два раза выше.
Компактность - одно из основных достоинств дизеля.
Наглядное сравнение размеров дизеля типа 2Д100 и паросиловой установки паровоза серии Л.
Самое же главное преимущество дизеля в том, что коэффициент полезного действия у него в 6-7 раз выше, чем у паросиловой установки.
Самое же главное преимущество дизеля в том, что коэффициент полезного действия у него в 6-7 раз выше, чем у паросиловой установки.
Водяной пар, совершив работы в паровой машине паровоза, выпускается в атмосферу. Но отработавший пар сможет уйти в атмосферу только в том случае, когда если его давление превысит атмосферное. Иначе он просто не выйдет из паровой машины.
Более того, давление отработавшего в машине пара должно быть достаточно высоким. Ведь в паровозах необходимая для интенсивного горения тяга осуществляется с помощью специальной вытяжной установки: струя выходящего из конуса пара увлекает окружающую её газовую среду и выбрасывает газы через дымовую трубу в атмосферу.
Более того, давление отработавшего в машине пара должно быть достаточно высоким. Ведь в паровозах необходимая для интенсивного горения тяга осуществляется с помощью специальной вытяжной установки: струя выходящего из конуса пара увлекает окружающую её газовую среду и выбрасывает газы через дымовую трубу в атмосферу.
Чтобы паровая струя имела достаточную скорость, давление пара перед конусом, т.е. после расширения пара в паровой машине, должно быть выше атмосферного давления больше чем в полтора раза. При таком давлении температура отработавшего пара не может быть ниже 110-120 градусов Цельсия, поэтому он будет уносить с собой большое количество теплоты.
В 1 кг отработавшего пара содержится около 2724 кДж теплоты. Для сравнения укажем, что энтальпия (от греч. enthalpo - согреваю) при рабочем давлении 16 кгс/см² (с таким давлением пар поступает в паровую машину), составляет 3210 кДж. Следовательно только 486 кДж (3210 кДж - 2724 кДж), что пошли на образование 1 кг пара, превращается в работу, а остальная теплота бесполезно выбрасывается из паровой машины в атмосферу. В этой потере теплоты с выпускаемым паром, как в зеркале отражаются, ограниченные возможности повышения экономичности паровозов.
Паровоз серии Л отправляется с регулярным пригородным поездом сообщением Бологое-Осташков от платформы остановочного пункта Чёрный Дор.
Из физики известно, что эффективность паросиловой установки тем выше, чем больше температура и давление пара, входящего в паровую машину, и меньше давление пара, выходящего из неё.
Почему же конструкторы не могли существенно повысить температуру и давление пара на входе в паровую машину, снизить давление отработавшего пара и были вынуждены прекратить постройку паровозов?
В стационарных тепловых установках используется пар с начальным давлением 300-450 кгс/см², а в паровозах только 14-16 кгс/см².
Почему же конструкторы не могли существенно повысить температуру и давление пара на входе в паровую машину, снизить давление отработавшего пара и были вынуждены прекратить постройку паровозов?
В стационарных тепловых установках используется пар с начальным давлением 300-450 кгс/см², а в паровозах только 14-16 кгс/см².
Оказывается, если давление пара повысить с 15 до 20 кгс/см², то доля тепла, которая может быть полезна использована, увеличится всего на 1,5%. При дальнейшем увеличении давления эта доля, приходящаяся на 1 кгс/см² повышения давления, снижается. Так, например, если повысить давления пара со 150 до 200 кгс/см², то долю используемого тепла удается повысить лишь на 0,4%. Следовательно физические свойства пара таковы, что повышение одного начального давления даёт незначительный выигрыш в экономичности процесса.
С другой стороны, давление пара в паровозных котлах нельзя существенно повышать из конструктивных соображений. Существующие котлы паровозов жаротрубные с плоскими стенками топки. Их запас прочности не позволяет поднять давление в котле выше 20-25 кгс/см².
С другой стороны, давление пара в паровозных котлах нельзя существенно повышать из конструктивных соображений. Существующие котлы паровозов жаротрубные с плоскими стенками топки. Их запас прочности не позволяет поднять давление в котле выше 20-25 кгс/см².
Отсюда следует ещё один вывод - для повышения экономичности установки требуется повысить не только давление, но и первоначальную температуру пара.
Почему же не повышают эту температуру с 400 градусов Цельсия скажем до 1000 и более?
Станция Осташков ОКТ жд.
Потому что и на этом пути повышения эффективности паровозов возникают серьезные трудности. Высокая температура - враг металлов, в особенности если они соприкасаются непрерывно с газом или паром, даже автолюбители это прекрасно знают. В таких условиях даже жаростойкий металл быстро теряет свою прочность. Не менее важно, что смазка, без которой невозможна нормальная работа цилиндро-поршневой группы, может устойчиво работать лишь при температуре не более 400-500 градусов Цельсия. Вывод - дальнейшее увеличение температуры пара тоже не может привести к повышению эффективности паросиловой установки.
Итак, низкий коэффициент полезного действия (КПД) паровоза является его органическим недостатком. Иначе говоря, сколько бы конструкторы не пытались бы и дальше улучшать конструкцию паровой машины, все равно сколь существенных результатов повышения экономичности паровозов не достигли бы. Нельзя получить КПД паровоза, близкий к КПД тепловоза.
Статья подготовлена на основе книги В.А. Дробинского и П.М. Егунова "Как работает и устроен тепловоз".
Итак, низкий коэффициент полезного действия (КПД) паровоза является его органическим недостатком. Иначе говоря, сколько бы конструкторы не пытались бы и дальше улучшать конструкцию паровой машины, все равно сколь существенных результатов повышения экономичности паровозов не достигли бы. Нельзя получить КПД паровоза, близкий к КПД тепловоза.
Статья подготовлена на основе книги В.А. Дробинского и П.М. Егунова "Как работает и устроен тепловоз".
Источник:
Ссылки по теме:
- Под стук колес — железнодорожная романтика
- Самое абсурдное ДТП за февраль
- Железнодорожные девяностые
- "Титаник": редкие снимки после катастрофы легендарного лайнера
- Узкоколейная Россия
реклама
была еще более ранняя книга В.А. Дробинского:
можешь еще тучу найти их по стране, тут как пример и плюс описание как, зачем и почему)
Теперь по поводу экономичности.
Экономичность тепловых машин зависит от многих причин - но сравнивая дизель и паровоз заметим главное - давление в камере сгорания. У дизеля это около 20 атм., у паровоза 1 атм. Вот и все, с чем связана столь большая разница в КПД. Есть паровые котлы с наддувом, у которых давление в топке поднималось даже выше давления дизелей. Цитирую - "КПД современных котлов составляет 90-94%". Так что экономичность современного котла+современной турбины колеблется около дизельного двигателя (в некоторых случаях даже выше).
Словом - сравнивать паровоз и дизель еще можно в ключе этой статьи, а вот дизель и паровую машину - некорректно.
на электостанции и котлы не такие, и не паровые машины, а ТУРБИНЫ и тд.. ))
Если только военные.
Ну и высокоскоростные пассажирские. Хотя те же superseacat используют газотурбинные двигатели
А торговых судов с паровыми турбинами нет. Давно уже. Ибо невыгодно.
Но все равно мало, ибо сомнительная выгода
"паровая машина любой двигатель внешнего сгорания, который преобразует энергию пара в механическую работу."
Так что турбина - это паровая машина.
Для примера: до сих пор в строю морские суда с паровыми двигателями, только заправляются они мазутом. И ярдёный реактор по сути - тот же самый паровой двигатель, только замкнутого цикла (замкнутый по причине радиационной безопасности).
Турбоходы может быть? Но они если только для военных, торговых давно нет именно из-за экономической нецелесообразности
Да и АППУ производит пар именно для турбин а не паровой машины из статьи.
Причём точно так же экономически невыгодно для коммерческих целей.
Потому и нет торговых судов с ЯЭУ. И тут не в кпд дело, причин множество, включая вес, габариты и стоимость производства.
В силу того что судовая ЯЭУ в производстве дороже дизеля в сотни раз и в обслуживании в десятки раз они и не выгодны.
На атомной ледокол машинная команда включая инженеров АППУ, механиков, электромехаников и прочий рядовой состав может составлять несколько десятков человек. Которым надо платить и немало
Для сравнения машинная команда на торговом судне с силовой установкой аналогичной мощности составляет менее десяти человек.
Мысль статьи именно в невыгодности.
1 Газотурбинные двигатели. Эти летают. В пропеллерном либо в турбореактивном виде.
2 Дизеля. Эти ездят там, где оплата происходит за тонно-километр. Грузовые автомобили, тепловозы и корабли.
3 Бензиновые двигатели. Легковые автомобили, катера и малая авиация.
4 Ну и внешнее сгорание, включая атомные реакторы. Применяется там, где не важны вес мотора и его габариты. В основном в стационарных электростанциях.
Исключения, подтверждающие правило:
1 Легковушка с дизельным двигателем. Используется для такси.
2 Ледокол с атомным двигателем. Он настолько большой, что может нести свой двигатель.
3 Танк с газотурбинным двигателем - ну, у военных много чего может быть.
- Вот не знал.... В Германии дизельных частных авто больше чем бензиновых. Все такси? В том числе и у меня?
и насчёт ледоколов - у "мощных" ледоколов, предназначенных для работы при сверхнизких температурах, для предотвращения "обмерзания" обогревается весь корпус - а это прорва тепла - собственно на этот обогрев и уходит большая часть тепла от реактора.
КПД тепловоза - 25-30%
Основная проблема паровоза в том что его нужно два часа разжигать и прогревать в то время как дизель выходит на режим через 5-10мин,
Вторая проблема - безопасность, дед мой был машинистом, рассказывал как в депо взорвался котел паровоза, крышу, говорит, сняло подчистую, людей поубивало и покалечило.