Процесс перегрева пара на паровозе заключается в том, что пар из парового пространства котла через паросушитель поступает в элементы пароперегревателя, где перегревается с давлением, равным котловому. Этот процесс позволяет пару расширяться, т. е. увеличивать свой объем при постоянном давлении. Данное свойство важно еще и потому, что для работы пара в цилиндре паровой машины важна не его масса, а объем. Кроме того, применение перегретого пара значительно уменьшает потери на теплообмен со стенками цилиндров в паровой машине. При повышении перегрева на каждые 10 градусов экономится около 1 % топлива и столько же воды. Первый паровоз с перегретым паром был построен Коломенским паровозостроительным заводом в 1902 г.
клапанная коробка
Стефенсон не лучший, но самый простой. ГГ вместо эксцентриков использовал эксцентриковые стержни и кривошипы с двойным возвратом, а также пусковое расширительное звено.
Для тяжелого паровоза Ставр проектируется движки типа Compound Unaflow в конфигурации каскадного компаунда. В паровом двигателе однопоточного типа используется пар, который течет только в одном направлении в каждой половине цилиндра. Тепловой КПД увеличивается за счет температурного градиента вдоль цилиндра. Пар всегда входит в горячие концы цилиндра и выходит через отверстия в более холодном центре. За счет этого уменьшается относительный нагрев и охлаждение стенок цилиндра. Однопоточные двигатели потенциально допускают большее расширение в одном цилиндре без относительно холодного выхлопного пара, протекающего через горячий конец рабочего цилиндра и паровые порты обычного «противотока» паровой двигатель во время такта выпуска. Это условие обеспечивает более высокий тепловой КПД. Выхлопные отверстия открыты только на небольшую часть хода поршня, при этом выпускные отверстия закрываются сразу после того, как поршень начинает движение к входному концу цилиндра. Пар, остающийся в цилиндре после закрытия выпускных отверстий, улавливается, и этот захваченный пар сжимается возвращающимся поршнем. Это термодинамически желательно, так как предварительно нагревается горячий конец цилиндра перед впуском пара. Однако риск чрезмерного сжатия часто приводит к тому, что на головках цилиндров находятся небольшие вспомогательные выпускные отверстия. Такая конструкция называется полупотоковым двигателем. Будет использоваться трехцилиндровый прямоточный двигатель с впускными клапанами типа «Баш» на CO2 цикле.
плюсы паровиков
Пар подаётся в цилиндр с двух сторон, поэтому каждый ход парового двигателя рабочий (у 4-тактного ДВС только один рабочий ход из четырёх). Отсюда хорошая литровая мощность.
Горячий пар имеет меньшую температуру, чем сгорающее топливо, поэтому у парового двигателя более мягкий температурный режим. Ему не требуется специальное охлаждение.
Давление подаваемого пара нарастает не так резко, как при вспышке топливно-воздушной смеси в ДВС. Кроме того, паровой двигатель работает на низких оборотах. Отсюда большой ресурс, надёжность и долговечность.
Паровой двигатель автоматически увеличивает крутящий момент. Он обеспечивает плавный ход без рывков и очень большую силу тяги на низах. Пар расходуется в зависимости от нагрузки, а мощность всегда используется рационально. На ДВС это невозможно в принципе.
Паровой двигатель может обойтись без сцепления и коробки передач. Реверс позволяет ехать вперёд и назад с одинаковой скоростью. Как следствие, трансмиссия значительно упрощается. В удобстве управления паровой автомобиль столетней давности обойдёт большинство современных машин.
В отличие от ДВС, паровой двигатель может запускаться сам, достаточно лишь подать пар. Когда машина останавливается у светофора, паровой двигатель выключается и вообще не расходует пар. ДВС же приходится сжигать топливо вхолостую.
Паровой двигатель простой, компактный и надёжный, его можно объединить с дифференциалом и расположить под полом. Низкий центр тяжести даёт автомобилю хорошую устойчивость. По удобству управления и отличной тяговитости с паровыми двигателями могут посоперничать разве что электромоторы. Он так тихо работает, что на высокой скорости водитель будет слышать разве что шум ветра. То есть это классическая паропоршневая машина для работы с однократным расширением пара: пар из котла поступает параллельно во все цилиндры, подобно тому как поступает топливно-воздушная смесь в цилиндры ДВС. А в классических паровых машинах пар проходит через все цилиндры последовательно и расширяется многократно.
Современная паро-поршневая машина. При частотах вращения 750–1500 об/мин и мощностях до 1200 кВт современные немецкие паровые моторы Spilling и чешские PM-VS имеют расход пара2 в 1,3–1,5 раза меньший, чем у паровых турбин.
Современный швейцарский паровой автомобиль DLM бестопочный на ПА 120 атмосфер, запас хода около 10 км.
