Паровые автомобили — что и как это было

Статья о паровых автомобилях: история создания, интересные модели и их описание, характеристики, фото. В конце статьи — видео про парковой трайк.

Содержание статьи:

• Пар как двигатель прогресса
• Первые паромобили
• «Спиртомобиль»
• От самогонного аппарата – к четырехколесному агрегату
• «Добль» миллионеров
• Участь паровых машин
• День сегодняшний
• Видео про парковой трайк

Эра бензиновых автомобилей, таких привычных и надежных, еще длится. Но автоконцерны с мировыми именами уже начинают производить экономичные и экологичные электромобили, которые рано или поздно вытеснят с рынка машины с ДВС.

Однако человечество за свою историю знало и иные источники энергии — например, паровые двигатели, которые применялись в некоторых типах машин.

Пар как двигатель прогресса

Вехи создания паровых машин:

Первый паровой двигатель в истории был придуман и реализован инженером Героном Александрийским, жившим две тысячи лет назад в Греции. Он и сам не понял, зачем изобрел игрушку-шар, вращавшуюся вокруг своей оси, приводимую в движение поднимающимся снизу паром. Технология, не найдя применения, канула в небытие на полторы тысячи лет.

Иезуит Фердинанд Вербст построил и подарил китайскому императору (1672) игрушку — крошечный самодвижущийся автомобиль, работающий на пару.

Исаак Ньютон нарисовал чертежи паровой телеги, где за счет котла с соплом и ручного стравливания пара конструкция могла бы перемещаться.

Томас Ньюкмен создал паровой двигатель наподобие современных, только с очень большим котлом, который приспособил в качестве машины по откачиванию грунтовых вод.

Джеймс Уатт довел до ума конструкцию Ньюксмена, приладив к ней конденсатор и зациклил процесс преобразования пара в воду и наоборот. Полученный агрегат он умудрился поставить на раму и опробовать движение, инициируемое паром. Получив патент на изобретение, он сильно умерил пыл других разработчиков сходной идеи.

Николай Жозеф Кюньо, артиллерийский французский инженер, придумал самодвижущуюся повозку на пару для перевозки пушек. Внутри конструкции весом под тонну находился медный цилиндр, который заполнялся паром, после чего происходил впрыск воды, а образующийся вакуум втягивал поршень.

Перемещаться паровая телега могла лишь километр, после чего требовалась «дозаправка» кипящей водой. Зато перевозить на этот километр она могла до двух тонн груза.

Идея командованию понравилась, конструктору дали «добро» и 20 000 франков на доработку идеи. В итоге телега научилась двигаться со скоростью 7 км/ч довольно долго за счет установленной топки под котлом. Этой скорости хватило, чтобы паровая телега совершила первое ДТП, протаранив стену дома из-за поймавшего «клина» колеса. Французская «бабушка» парового автомобиля нынче хранится в музее.

Сильвестр Роупер создал первый прообраз мотоцикла – паровой велосипед. Соседи пытались воззвать к стражам порядка, такой шум производил созданный изобретателем велосипед – но увы, законов, запрещающих кататься на двух колесах, еще не было!

Ричард Тревитик, а позже доработавший идею Вальтер Хэнкок, стали создателями парового омнибуса — коммерческого транспорта, способного проезжать до 32 километров.

Первые паромобили

В самом начале 1906 года водитель Фред Мариотт, управляя паромобилем, построенном на производстве, принадлежащем «Братьям Стенлей» и пророчески названом «Ракета», впервые в истории сумел разогнаться до 205 км/ч.

Это звучало триумфально! Ведь машина, движимая паром, обгоняла все транспортные средства, включая самолеты. Зафиксировав очередной скоростной рекорд в 240 км/ч гонщик разбился насмерть.

Уже начало ХХ века ознаменовано было тем, что на дорогах уверенно ездили паровые автомобили, преимущественно грузовые. Они от первых автомобилей на бензине отличались рядом факторов:

• долговечностью;
• надежностью;
• всеядностью (работать могли на любом горючем топливе от угля до соломы).

Паровые машины отличались малым скоростным режимом (не более 50 км/ч) — им надо было постоянно иметь в запасе большой объем воды, а отработанный пар постоянно уходил в атмосферу. Паровые автомобили широко использовались в Европе до начала 1940-х годов, а в Бразилии их выпуск велся серийно даже спустя десятилетие.

У паровичков были существенные минусы:

• твердое топливо на выходе превращалось в большую кучу золы;
• выхлопы и дым содержал в высоких концентрациях серу и копоть;
• растопка твердотопливного котла была длительной, занимая не менее пары часов. Кому-то в голову пришла мысль отапливать дома, оставляя паровые машины подключенными на ночь к системе отопления. Если он работал ночь напролет, то паромобиль не надо было раскочегаривать по новой — ему хватало 15 минут для возможности вновь продолжить движение.

«Спиртомобиль»

Инженерам казалось, что двигатель внутреннего сгорания непригоден для транспорта. Он глохнет, если его притормозить, и его нельзя запустить после размыкания трансмиссии.

Двигатель внутреннего сгорания также не способен был развить тягу в различном скоростном диапазоне, он не запускался без «костыля» в виде трансмиссии.

Машина, запускаемая паром, казалось, сама мимикрирует под любое изменение дорожной ситуации. Растущее сопротивление приводило к тому, что двигатель замедлял вращение, увеличивая параллельно крутящий момент. Когда сопротивление уменьшалось, вращение – увеличивалось. Поэтому создатели паромобилей всячески боролись за создание компактного парогенератора, способного двигать машину без участия дополнительных приспособлений в виде сцепления и коробки передач.

Люди выяснили, что сгорающее топливо в цилиндре ДВС выбрасывает в атмосферу много токсичного вещества. Небольшой автомобиль с бензиновым двигателем способен в течение часа работы выработать столько вредных субстанций, что если бы небольшое пространство вокруг него было бы замкнуто, это привело бы к смерти находящихся рядом людей.

Парогенераторная горелка менее токсична на выходе — топливо сгорает при неизменяемых показателях, способствуя полноценному завершению реакций.

Важный фактор экономичности машины заключается в количестве потребляемого топлива. Так, американская «звезда» на паровой тяге «Добль-Беслер», собранная в середине 1920-х годов, имела массу в 2 с хвостиком тонны. При этом расход топлива составлял 18 литров на сотню километров. Для своего времени это был очень хороший показатель — более того, он оставался эталонным почти сорок лет.

Парогенераторная горелка перерабатывала жидкость в любом виде. Паромобиль продолжал движение на керосине и спирте, работал на бензине, мазуте, даже на растительном масле. И это было вовсе не попыткой удешевить процесс заправки — просто машины типа «Добль» были всеядны, но доступны лишь миллионерам.

От самогонного аппарата – к четырехколесному агрегату

Парогенератор являлся самым главным элементом машины на пару. Разработку удалось воплотить детройтским инженерам, братьями Добль. Они последовательно соединили десять плоских змеевиков, помещенных в корпус из стали, охлаждаемый водой.

Прохладная жидкость накачивалась в расположенные вокруг выдерживающего высокие температуры корпуса охлаждающие трубы, где происходил ее подогрев. Это сводило к минимуму теплопотерю. После чего жидкость наполняла змеевики, чтобы, закипев, стать паром с температурой 4,5 тысячи градусов по Цельсию и давлением в 120 атмосфер.

Братья Добль стремились к увеличению температуры, а также давления, что в совокупности повышало КПД. Инженерам удалось сделать парогенератор довольно легким и незатратным.

Сдвоенные цилиндры перерабатывали пар. Сначала он нагнетался в верхушку меньшего диаметра, где, расширившись, вырабатывал энергию. Затем он «переходил» в больший цилиндр, в его нижнюю часть, осуществляя дополнительную работу.

Два этапа расширения оказывались крайне полезными, когда машина ездила по улицам. Во время начала движения и при разгоне поступали значительные объемы пара, но, когда необходимости в максимальной энергоотдаче не было, они расширялись единожды.

Отработавшие пары передавали охлажденной жидкости, стремящейся в парогенератор, тепло. В жидкое состояние пар возвращался лишь в конденсаторе. Влага в парогенератор поступала порционно, ровно столько, чтобы паровая машина могла сделать один-два движения поршня. Поэтому по факту парогенератор вмещал в себя небольшое количество воды, что делало его безопасным для взрыва.

Если трубка рвалась, пар попадал в топку, отключая горелку. И даже такой случай произошел всего единожды, когда машина вдруг перестала заводиться после двух сотен километров пробега. Ремонт и замена вышедшего из строя змеевика заняли ровно один час.

«Добль» миллионеров

Незадолго до развязывания Германией войны в Европе на нынешнем ЗИЛе, носившем тогда название Московского автозавода имени Сталина, решили выпускать эксклюзивную модель автомобиля.

Кузов красавца украшало красное дерево. Он стоял на хромоникелевых стальных шасси, произведенных фирмой «Паккард». За образец советские конструкторы взяли паромобиль «Добль», собранный в 1924 году американской компанией «Беслер».

Управлять скоростью можно было при помощи педали, подающей пар. Время от времени требовалось лишь сменять фазу прекращения впуска в цилиндр пара. После включения зажигания автомобилю требовалось 45 секунд, чтобы начать движение. Еще пара минут, и машину можно было ускорить до 150 км/ч.

Паромобиль двигался ровно и тихо. Он пришелся ко двору советской элиты, его испытания продолжились уже после заключения мира с Германией. Один из принимающих участие в разработке советской версии «Добля», А.Н.Малинин, отвечал за испытания образца.

Для определенных тестов используются в автопромышленности стенды для испытаний с беговыми барабанами. Автомобиль загоняется на стенд так, чтобы ведущие колеса оказывались строго на барабанах. В итоге они крутятся, заставляя вертеться колеса и имитируя езду по дороге. При этом машина стоит с работающим двигателем.

Когда инженер-испытатель Малинин и огромный авторитет в теоретической автомобилестроительной области профессор Чудаков сели в машину, последний нажал кнопки и затих. Минут через пять Малинин не выдержал: «Не пора ли заводиться?». На что профессор ответил: «Мы уже давно едем, на спидометре 20 километров». Скорость была вполне приличная, но, чтобы ухо уловило хоть какой-то звук работы парогенератора, надо было вплотную прижиматься в выхлопной трубе.

Семидесяти литров воды с избытком хватало на полтысячи километров пробега, а проблемы, требующие выпуска пара, случались крайне редко. Поэтому в автомобиле, в котором все детали были четко и точно подогнаны друг к другу, ничего не шумело.

Участь паровых машин

Если паромобили были столь удобны и хороши, почему же именно автомобили с ДВС сумели занять нишу в автомобильной среде?

Дело в том, что двигатель на пару имел весьма сложную автоматику и множество всяческих дополняющих друг друга агрегатов. При этом его изготовление выходило дороже, а КПД он выдавал меньший.

Еще одним минусом стал его большой размер, в частности – бак с запасом воды. Про экологичность тогда еще никто не задумывался, в итоге паровая машина оказалась постепенно вытеснена с рынка более дешевыми автомобилями с ДВС.

День сегодняшний

Вытесненные с рынка, паромобили нет-нет да и будоражат умы инженеров. В 2009 году на треке болид на пару Inspiration, хищный и обтекаемый, сумел установить новый рекорд машин на паровой тяге – 225 км/ч.

Мощность болида составляла 360 л.с., а движение запускалось двумя турбинами с давлением в 40 бар, которые нагнетали 12 современных бойлеров.

Остается открытым вопрос – на чем бы мы колесили сегодня, озаботься человечество проблемой сохранения окружающей среды на полсотни лет раньше?

Видео про парковой трайк:

На перепутье эволюции: паро-, электро- и бензомобили

Мы ездим на своих «бензинках» и «дизелях», как на пришельцев из будущего косимся на электромобили и только в кино видим паровозы. А ведь все могло сложиться совсем по-другому…

Иногда кажется, что в свое время человечество пересело с конных экипажей в машины с ДВС по какой-то случайности: с таким же успехом на месте бензиновых моторчиков мог оказаться паровой котел с турбиной или электродвигатель с аккумуляторами.

Одним из первых автомобилей Фердинанда Порше был электромобиль, кстати – с мотор-колесами.

На рубеже XIX – XX веков эволюция транспорта стояла на перепутье. Равных эксплуатационных показателей одновременно достигли повозки трех типов – с бензиновыми моторами, с электродвигателями, и к ним в придачу – паровые автомобили. Что интересно, в некоторые периоды времени именно бензиновые двигатели внутреннего сгорания демонстрировали отставание по многим параметрам.

Паровые автомобили

Пригодные к эксплуатации транспортные средства с паровым двигателем – кареты, омнибусы и дилижансы – появились на дорогах во второй половине 1800-х годов, за несколько десятилетий до изобретения бензинового автомобиля. А в коммерческом использовании паровые автомобили – тягачи и грузовики – появились в 1890 г., когда бензиновые автомобили еще представляли собой утлые четырехместные тележки штучной работы. Одних только паровых грузовиков существовало более 150 марок. В 1900 г. около половины всех автомобилей в США были паровыми. Легковые паровые автомобили выпускались до конца 1920-х годов, грузовики – плоть до 1960-х.

Паровые автомобили в американском Денвере работали в местной службе доставки.

Минусы по сравнению с привычными нам автомобилями были такие:

• значительная масса;
• громоздкий двигатель, состоящий фактически из двух устройств – котла и паровой машины;
• низкая экономичность (касается старых моделей);
• на запуск после стоянки необходимо не менее 15 – 10 минут;
• кроме топлива машина расходует воду (несколько литров на 100 км).

Список достоинств был не менее впечатляющим:

• паровой автомобиль мог обходиться простейшей трансмиссией без коробки передач;
• паровой силовой агрегат не требовал высокоточного производства;
• мощный и тяговитый силовой агрегат;
• безшумность в работе;
• долговечность;
• неприхотливость к топливу (уголь, дрова, мазут, керосин).

Паровой автомобиль мог выглядеть и так: Keen Steamliner No. 2 выпуска 1963 г. был построен инженером Чарлзом Кином в Англии.

Даже ранние “паровики” были достаточно быстроходны, например, паровой дилижанс Amedee Bollee образца 1875 г. развивал до 60 км/ч. Самые совершенные модели паромобилей имели КПД до 34 %, что выше, чем у карбюраторных моторов.
Одной из причин фатальной задержки в развитии паровых автомобилей было законодательство – в Англии, одной из стран-лидеров развития техники, в 1831 г. паровики обложили особым налогом. А позднее вышел печально известный закон, предписывающий за 55 метров впереди самодвижущегося экипажа идти человеку с красным флагом.

Электромобили

Как и сегодня, на заре автомобилизации электромобиль привлекал потребителей простотой в обращении. Срабатывал и психологический фактор –дымящие паромобили и тарахтящие под ароматы масла «бензинки» с непривычки настораживали почтенную публику, а безшумные электромобили нравились даже дамам.

Но это были не единственные плюсы электропривода образца 1900-х.

• простота управления;
• высокая надежность;
• комфортность обращения (эксплуатации) в целом;
• хорошие динамические показатели.

Электромобиль мог еще в начале ХХ века захватить лидерство и стать доминирующим транспортом человечества. Но тримуф электротяги отложили на 100 лет.

Самым существенным минусом электромобиля той поры был малый запас хода: со стандартными свинцово-кислотными аккумуляторами машины пробегали порядка 50 – 60 км, с более дорогими улучшенными железо-никелевыми – около 130 км.

Да и остальные недостатки, как ни странно, у первых электромобилей были те же, что и у нынешних:

• ограниченный запас хода;
• продолжительное время зарядки батарей;
• большая масса;
• высокая цена.

Впрочем, в определенные периоды и в некоторых странах электромобили покупали не хуже, чем транспорт с двумя другими типами силовых агрегатов. Например, в американских городах они работали как “Скорая помощь”, такси и транспорт ритуальных служб, была служба электротакси и в Париже.

Автомобили с ДВС

По сравнению с паро- и электромобилями бензиновые экипажи были самыми сложными по устройству. Двигатель имел хитрый газораспределительный механизм, высокоточные системы питания и зажигания. Важным минусом была сложность с запуском бензинового мотора, особенно до изобретения электростартера, ведь не каждый водитель был готов всякий раз крутить пусковую рукоятку и настраивать манетки карбюратора и зажигания.

Недостатки бензиновых автомобилей начала ХХ ст.:

• необходимость высокотехнологичного производства;
• низкая надежность по причине сложности устройства;
• сложности с запуском
• узкий рабочий диапазон оборотов двигателя – необходимость сложной многоступенчатой трансмиссии;
• дороговизна бензина

Серийные двигатели внутреннего сгорания в начале ХХ века не были образцом надежности. Во всяком случае, электромобили в этом плане были лучше.

А в пользу “бензомобилей” тогда говорили:

• легкость и компактность двигателя;
• высокая автономность хода;
• короткое время подготовки к поездке включая заправку топливом.

Одной из последних капель, перевесивших чашу весов в пользу бензиновых машин стало налаживание их массового производства в Америке (Ford T) и Европе (Renault нескольких моделей), что привело к снижению цен на машины с ДВС.

Победа! Но окончательная ли?

Но в начале 1920-х годов в гонке концепций силовых агрегатов вперед уверенно вырвался двигатель внутреннего сгорания. Сработал количественный фактор – конструкторы накопили целый комплект усовершенствований, которые устранили основные недостатки двигателей внутреннего сгорания. Определившегося наконец лидера в лице ДВС активно и массово поддержали автопроизводители – и пар с электричеством признали поражение. Но навсегда ли?

Паровой автомобильный транспорт сегодня

Паровой транспорт, как сегодня считается, давно остался в прошлом. Однако возрождение, в частности, паровых грузовиков и автобусов (паробусов) представляется реальностью на современном уровне развития техники и технологии машиностроения. Это подтверждают зарубежные специалисты.

Наши пар и дрова

Идея создания современного, неприхотливого в эксплуатации, надёжного и работающего на дешёвом топливе парового грузовика занимала умы изобретателей и конструкторов после Великой Отечественной войны, когда эпоха пара в технике всё более уверенно вытеснялась дизельной. Историкам автомобильной техники хорошо известен отечественный паровой грузовик НАМИ-012, разработанный в начале 1950-х гг. специалистами столичного Научного автомоторного института «НАМИ» и работавший на дровах. (см. «Затея с паромобилями» и «Паровой автомобиль НАМИ-012»)

Паросиловая установка грузовика НАМИ-012 оказалась сложнее автомобильных силовых установок с двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Правда, справедливости ради, необходимо отметить малоизвестный факт. На паровой машине НАМИ-012 были проведены экспериментальные исследования в широком диапазоне изменения частоты вращения выходного вала. Удалось установить, что для паровых моторов (высокооборотных паровых машин) с ростом частоты вращения механический КПД монотонно снижается из-за роста механических потерь, но относительный индикаторный КПД увеличивается в большей степени, что объясняется значительным снижением потерь от утечек пара и теплообмена между паром и стенками цилиндров.

А вот гидравлические потери при впуске пара в цилиндр увеличиваются незначительно. После достижения некоторой критической частоты вращения вала наблюдается обратный эффект, когда с ростом частоты вращения гидравлические потери увеличиваются значительнее, чем снижаются потери от утечек пара и теплообмена, что приводит к снижению относительного индикаторного КПД.

Таким образом, при изменении частоты вращения вала у парового мотора его эффективный, относительные индикаторный и эффективный КПД увеличиваются только при условии, что частота вращения не превышает критического значения. Максимальные значения этих КПД достигаются при критической частоте вращения.

Выгодный пар

Паровой автомобильный транспорт, в том числе грузовики и автобусы, сегодня вполне реально рассматривать как один из возможных путей решения проблемы очищения воздуха в городах. Загрязнение атмосферы городов выхлопными газами уже достигло пределов, угрожающих здоровью людей. А что может предложить паровая техника?

Во-первых, выхлоп самой паровой машины экологически чистый – это водяной пар. Под паровым котлом можно сжигать фактически любое углеводородное топливо. А выхлоп от котла будет гораздо чище, чем от ДВС, поскольку топливо сгорает в топке или горелке при значительно более низких давлениях, чем в цилиндрах ДВС. Ещё возможно добавить к горелке некий аналог каталитического нейтрализатора выхлопных газов, как у ДВС.

Во-вторых, котлостроение за 60 с лишним лет, после создания паросиловой установки грузовика НАМИ-012, ушло далеко вперёд. Создание в XXI столетии малогабаритного транспортного парового котла прямоточной конструкции, экономичного и с высокой степенью автоматизации работы – это объективная реальность. Кстати, такая задача была под силу ещё в докомпьютерную эпоху 1930-х гг. известным братьям Добл. Особенно, если разработку сегодня вести с использованием компьютерных систем автоматизированного проектирования (САПР) для трёхмерного моделирования, расчётов и оптимизации.

В-третьих, ДВС нашего времени более компактны, чем ряд автомобильных паровых моторов прошлого, и вполне возможна конверсия их в современные паровые моторы. У них будут все достоинства паровых поршневых машин: плавность хода, практическая бесшумность при работе, большой крутящий момент на валу, отсутствие коробки передач, сложной трансмиссии, стартера, глушителя. Отпадает потребность и в смазочном масле: вполне сгодится вода!

В-четвёртых, опасность размораживания паросиловой установки в зимний период возможно свести на нет за счёт герметичной системы парообразования и применения незамерзающих жидкостей, способных эксплуатироваться длительное время без утечек.

В-пятых, многим специалистам может показаться, что запуск парового грузовика или автобуса будет более продолжительным, чем у обычного транспорта с ДВС. Однако уже к началу 1970-х были отработаны конструкции паровых моторов, способных переходить от холодного состояния до момента трогания с места транспортного средства всего за 30–35 с.

Паровой «Циклон»

Знания из истории паротехники (о неэффективной прямоточной машине Штумпфа), теории термодинамики и теплотехники (к примеру, как снизить потери в паровой машине), проектирование с использованием САПР, современные конструкционные материалы и отмеченные достоинства парового мотора – всё это воплощают в железе зарубежные изобретатели высокотехнологичного паросилового агрегата «Циклон». Мощностной ряд этих силовых агрегатов, в частности, для грузового автомобильного транспорта и автобусов успешно разрабатывается командой специалистов из США.

Автором изобретения «Двигатель с регенерацией тепла» (патент США US 7,080,512) является Гарри Шоэлл (Harry Schoell – англ.). Характерные особенности такого парового мотора из состава силового агрегата «Циклон» состоят в звездообразном расположении цилиндров и работе со смазкой деионизированной водой без смазочного масла.

Тепловой регенеративный поршневой двигатель внешнего сгорания «Циклон» может потреблять фактически любое жидкое или газообразное топливо. Испытывали даже на апельсиновой кожуре! Имея уже необходимую патентную защиту (патент РФ RU 2357091) своего двигателя, как отмечают разработчики, они могут продавать лицензии на «Циклон» и инвестировать партнёров в России. К слову, получено несколько десятков патентов по всему миру, как на агрегат в целом, так и на составляющие его элементы (например, на камеру сгорания парогенератора, компактный конденсатор отработавшего пара).

Силовой агрегат «Циклон» работает при давлении водяного пара на уровне 20 МПа и его температуре порядка 650 ºС. Он устроен и функционирует следующим образом. Вода из бака (условно не показан) подаётся в парогенератор 1, который вырабатывает свежий пар 2А, 2В. В камеру сгорания парогенератора 1 подаётся топливо и воздух 7В. Свежий пар 2А, 2В поступает в клапанный паровой мотор 3 и срабатывает в нём. Отработавший пар 5А, 5В направляется в конденсатор 4. Для лучшей конденсации пара в конструкции конденсатора 4 предусмотрен охлаждающий вентилятор 6, создающий воздушный поток 7А. Конденсат 8А, 8В водяного пара подается обратно в парогенератор 1.

Несколько примеров по части материалов, из которых изготовлен силовой агрегат «Циклон». Так, корпус и основные детали парового мотора сделаны из лёгких сплавов и композиционных материалов: поршни – из алюминия, а недающие им соприкасаться со стенками цилиндров головки и уплотнения – из жаростойкого углеродного волокна.

Подведём итоги

Интерес к паровым грузовикам и автобусам, как и к другому паровому наземному транспорту, сегодня вновь возрождается. Причём если обратиться к истории, то такое происходит уже не в первый раз. Насколько окажется результативным очередной паровой ренессанс на транспорте? Это покажет время.

Источник Источник http://fastmb.ru/autonews/autonews_mir/3722-parovye-avtomobili-chto-i-kak-eto-bylo.html
http://auto.24tv.ua/ru/jevoljuciya_avtomobilej_parovye_jelektromobili_benzomobili_istoriya_foto_n16051
Источник Источник http://www.gruzovikpress.ru/article/18205-parovoy-avtomobilniy-transport-segodnya-renessans-parovogo-gruzovika/