Паровая машина для РИФ 90-х годов гибридного типа

[ВАЛХВ]

Давно ела сознание мысль, а нельзя ли уменьшить габариты судовой паровой машины образца конца 19 столетия путем использования компоновочных элементов ДВС. Конструкция видится такой.

Машина имеет 4 цилиндра одностороннего действия с расположением впускных и выпускных клапанов сверху каждого цилиндра. Пусковое положение поршней следующее:

1 цилиндр поршень в ВМТ

2 цилиндр поршень в НМТ

3 цилиндр поршень в ВМТ

4 цилиндр поршень в НМТ

При открытии парового дросселя пар через открытый впускной клапан поступает в 1 цилиндр и давит на поршень. По достижении последнего НМТ впускной клапан закрывается и открывается выпускной клапан. Пар из цилиндра 1 поступает через него в цилиндр 2 (его поршень в этот момент занимает положение в ВМТ) и заставляет двигаться его поршень. Далее после выхода поршня цилиндра 2 в НМТ также открывается выпускной клапан и пар поступает в цилиндр 3. Совершив и там работу, пар попадает в цилиндр 4, а уже из него через выпускной клапан уходит в холодильник.Таким образом установка работает как беззолотниковая ПМ четверного последовательного расширения пара с коротким ходом поршней и с существенно меньшими габаритами по высоте. Конструктивно она практически подобна двигателю внутреннего сгорания, только в цилиндрах вместо продуктов сгорания углеводородного топлива работает пар, поступающий из паровых котлов.

Остается вопрос, как в такой установке обеспечить перемену направления вращения коленчатого вала для обеспечения заднего хода. Здесь видятся два пути: либо механический реверсивное устройство (типа КПП 1+1), либо использование маломощной одноцилиндровой золотниковой ПМ двойного действия, работающей на одном валу с главной силовой установкой. Фактически она будет выполнять роль пускового устройства, одновременно при запуске главной ПМ, задавая нужное направление вращения гребного вала с помощью своего золотника. При этом отработавший в половинке цилиндра этого пускача пар также можно направить в цилиндр 2 главной ПМ для его последовательного расширения. Меньшие габариты и вес такой гибридной силовой установки, на мой взгляд, позволят заметно улучшить ТТХ боевых кораблей РИФ.

[komo]

Средняя пм конца 19-начала 20 века по соотношению мощьностьцена на еденицу веса машины работает на перепаде давления примерно в 5-6 раз, если разница давлений входящих-исходящий ниже то экономичность хромает, а если выше то цена машины будет расти. Хотя сам как то прикидывал, в принципе 4-6 цилиндровая машина паровая двойного расширения (получается точней 2-3 машины в одном блоке на один коленвал) возможны, а если параметры пара повысить свыше 20 атмосфер и добавить расширительный конденсаторэкомайзер для понижения рабочего давления до 0,2-0,1 атмосферы и ввести дополнительную турбину высоко давления оставив пм среднее-низкое давление или наооборот вместо цилиндров низкого давления и запитать этой турбиной вспомогательные функции, начиная с давления в гидросистеме, производство электричества, принудительная циркуляция воды и искуственная вентиляция котлов, то можно получить для крупного корабля машину с параметрами миносцев по весу-компактности-мощьности, правда сложновата и дороговата будет и требования к машинной команде будут как у машинных команд лайнеров-трансатлантиков рекордных. Еще вариант 3х-вальной установки, вместо 4-х цилиндровой машины тройного расширения (1цвд+1цсд+2цнд)на вал, поставить 4 цилиндра (2цвд=2цсд) на бортовые валы и на средний вал поставить 4 цилнидра низкого давления. Имеет смысл небольшой при карпасной боевой палубе и палубном скосе заброневом, из за меньшего места в трюме ближе к борту и большей компактности цилиндров высокогосреднего давления Но это требует не собо крупный и относительно узкий корабль с бронепалубой , причем трехвальный, кроме камушков в РИФе я не вижу кораблей ради которых стоило заморачиватся с подобной схемой.

[ВАЛХВ]

Средняя пм конца 19-начала 20 века по соотношению мощьностьцена на еденицу веса машины работает на перепаде давления примерно в 5-6 раз, если разница давлений входящих-исходящий ниже то экономичность хромает, а если выше то цена машины будет расти.

5-6 раз это на входе в ЦВД и ЦНД или как-то иначе?

[sanitareugen]

А с чего это у Вас четыре цилиндра будут весить меньше двух?

[digger]

Беззолотниковую - не надо, хуже управляемость.ИМХО для повышения КПД и компактности лучше машина как на Титанике : турбина ,а за ней поршневая машина.Раньше развивать турбины.

[Сибиряк Комнатный]

Как то в сети встречалось о переделке ДВС в ПМ. Надо поискать.

[dragon.nur]

Для сведения ув. копателей -- вы ошиблись со схемой привода на "Титанике". Две паровые машины напрямую от котла на бортовых винтах и центральная турбина на мятом паре. Раньше развивать турбины? Лаваль сделал свою в 1886. Толку-то.

[ВАЛХВ]

Беззолотниковую - не надо, хуже управляемость.ИМХО для повышения КПД и компактности лучше машина как на Титанике : турбина ,а за ней поршневая машина.Раньше развивать турбины.

По поводу золотника читал, что в нем имеет место приличная потеря энергии пара, поэтому взята схема прямого впуска-выпуска пара через клапаны типа ДВС и короткий путь перепуска пара от цилиндра к цилиндру. По поводу турбин ничего против не имею в принципе, но смущает сама возможность более раннего развития турбостроения в русской промышленности конца 80-90 гг. Поэтому турбины оставлены в покое, все-таки поршни и цилиндры на русских заводах того времени уже дело привычное.

[komo]

Средняя пм конца 19-начала 20 века по соотношению мощьностьцена на еденицу веса машины работает на перепаде давления примерно в 5-6 раз, если разница давлений входящих-исходящий ниже то экономичность хромает, а если выше то цена машины будет расти.

5-6 раз это на входе в ЦВД и ЦНД или как-то иначе?

Это разность давлений, доступная на начало 20 века без удорожания сильного и без повышения параметров пара выше 30 атмосфер. Обычно соотношение было хуже, скажем 16-18 атмосфер высокое давление на входе, 5-6 атмосфер на входе в цилиндр среднего давления и 1,5-2 атмосферы на входе низкого давления и 0,5-0,3 атмосферы в конденсаторах.

На современных материалах и металообработке можно и машину и котлы работающую на давление в полсотню атмосфер сделать, естественно перепад давлений будет больше , соответсвенно и мощность на еденицу веса котло-машинной установки, в принципе подобные образцы делали и ставили на авто, паравозы, катера и даже самолеты , но как то не выдержали конкуренции с двс.

Изменено 4 Mar 2013 пользователем komo

[ВАЛХВ]

Это разность давлений, доступная на начало 20 века без удорожания сильного и без повышения параметров пара выше 30 атмосфер. Обычно соотношение было хуже, скажем 16-18 атмосфер высокое давление на входе, 5-6 атмосфер на входе в цилиндр среднего давления и 1,5-2 атмосферы на входе низкого давления и 0,5-0,3 атмосферы в конденсаторах.

Понял, спасибо. Вообщем-то такую разность давлений и я подразумеваю, только при более сглаженном цикле. 17 атмосфер на впуске в 1 цилиндр, 8,5 атм на впуске во 2 цилиндр, 4,25 атм на впуске в 3 цилиндр и 2,12 в 4 цилиндр, а в холодильнике - 0,4 атм. Правда. затрудняюсь сообразить, как лучше поступить с отработанным паром из одноцилиндровой вспомогательной (пусковой) ПМ. Перепускать её отработанный пар (8,5 атм) во 2 цилиндр для последующего расширения или в варианте 6 атм использовать для работы одноступенчатой турбины Лаваля для привода эл.генератора, питающего приводы вспомогательных насосов и пр.? Поскольку предложенные гибридные ПМ будут более компактные, на больших кораблях можно будет их поставить 4 шт в два эшелона на 4 гребных вала.

[ВАЛХВ]

В продолжение темы. Альтернативный гибридный паровой двигатель должен дополнятся и другой котельной энергетикой. В условиях России конца 19 века, бывшей тогда одной из двух мировых лидеров нефтяной промышленности, прямо напрашивается использование отечественного жидкого топлива вместо преимущественно импортного угля. В РИ в 80-90 гг. эксперименты с мазутом проводились, но практически создать надежно работающую форсунку удалось только с паровым распылением горючего. Для флота такой вариант не годится в отличии от наземных установок. Однако если нефтепромышленники вырабатывали керосин и мазут, то значит был и газойль, который в 20 веке нашел широкое применение в дизелях. Почему бы не начать перевод корабельной энергетики с него? Газойль легко распыляется и подачей его под давлением и пневмораспылением, обладает теплотворной способностью примерно на 40% большей,чем лучшие виды каменного угля. Так называемый флотский мазут получают подмешиванием в него газойля для повышения текучести. В нашем случае в газойль можно подмешивать некоторое количество мазута, оптимальное процентное содержание которого несложно выявить опытным путем на наземной КМУ. Преимущества ЖТ перед КУ в качестве топлива известны. Хочу отметить только, что в угольных бункерах корабли возили изрядное количество балласта в виде будущего шлака и золы и банального воздуха между кусками твердого топлива. Газойль заполняет весь обьем цистерн, давая в процессе эксплуатации ничтожное количество несгораемого остатка в виде копоти. В РИ российский флот преимущественно по обьективным и частично по субьективным причинам развивался по линии копирования иностранных технических решений в области ВМС, естественно плетясь в основном сзади ведущих флотов мира. На мой взгляд, такую неблагоприятную ситуацию могла исправить именно новация в виде внедрения ЖТ на эскадренных броненосцах, крейсерах и миноносцах. Предпосылки к тому были в наличии высокоразвитой нефтяной промышленности. Боевых кораблей первой линии постройки от 90-го года в РИФ было не так уж и много и для их обеспечения было бы разумно ввести на нефтяных баронов равномерно раскладываемую натуральную подать в виде поставки газойля по цене, скажем, 10 копеек за пуд. Использование ЖТ и более компактной гибридной ПМ даст возможность иметь на крупных кораблях скорость хода на 2 узла больше, и усилить другие конструктивные элементы кораблей.

[digger]

Позор мне, перепутал схему Титаника! Идея поставить сначала турбину - турбина может переносить давления выше,а машинам погнет коленвалы и порвет поршни.После турбины машины уже работают с более низким давлением.

[ВАЛХВ]

Имеет смысл небольшой при карпасной боевой палубе и палубном скосе заброневом, из за меньшего места в трюме ближе к борту и большей компактности цилиндров высокогосреднего давления Но это требует не собо крупный и относительно узкий корабль с бронепалубой , причем трехвальный, кроме камушков в РИФе я не вижу кораблей ради которых стоило заморачиватся с подобной схемой.

А ежели все-таки на крупном корабле поставить этот гибрид в качестве форсажного двигателя для развития полного хода. Например, схема как у Рюрика: два винта, на каждом работают две машины, соединяемые через муфту. Ближе к корме обычные ПМ тройного расширения. На 90% своей мощности они задают кораблю экономическую скорость в 10 узлов. А за ними через муфту, в случае необходимости иметь полный ход, подключаются паровые гибриды. Заодно отпадает необходимость иметь механический реверс для последних или вспомогательные ПМ-пускачи. Задние ординарные ПМ будут заодно и играть роль устройства обратимости для гибридных ПМ. С такими механизмами, да на газойлевом отоплении, Рюрик вполне сможет иметь скорость полного хода в 21 узел.

Изменено 8 Mar 2013 пользователем ВАЛХВ

[ВАЛХВ]

После нкоторых размышлений пришел к выводу, что для гибридной ПМ наилучшим вариантом будет схема из 6 цилиндров, разделенных на три пры - 2 цилиндра высокого давления, 2 цилиндра среднего давления и 2 цилиндра низкого давления.

Их поршни работают на один коленвал. Расположение следующее: два ЦВД располагаются на концах установки и по ВМТ и НМТ находятся в стртовом положение в противофазах, два ЦСД находятся рядом с ЦВД, также работают в противофазах, два самых массивных ЦНД находятся в центре ПМ с расположением поршней также в противофазах. Такая схема обеспечит уравновешивание работы ПМ и позволяет избежать ступора мертвых точек. Начало работы выглядит так: Пар с давлением 17 атмосфер поступает в левый ЦВД, в котором поршень находится в ВМТ. Поршень идет вниз, а у правого ЦВД поршень идет вверх. По достижению ВМТ в правый ЦВД впускается пар, толкая его поршень вниз. Одновременно из левого ЦВД пар перепускается в левый ЦСД для второго расширения. Затем пар из правого ЦВД перепускается в правый ЦСД. Из цилиндров СД пар соответственно перепускается в левый или правый ЦНД. Соотношения давлений 17 - 6 - 2 атмосфер.

[Беловчанин]

Коллеги, чтобы не плодить тем, задам свой вопрос тут.

Коллега ВАЛХВ только мельком упомянул клапана в своей машине. 

Мне ни как не удается толком разобраться с прямоточными паровыми машинами. Нет, конечно понятно что КПД повысится, но вот как это соотнести с реальностью?

Помогите разобраться!

Скажем, если на Авроре стоит компаунд тройного расширения с золотниковым парораспределением мощностью 3870 л.с. при 135 об в мин., то  какая (хоть примерно) мощность (обороты) будет у прямоточной паровой машины в тех же габаритах? Или  в других габаритах (конфигурации), или с другими котлами....... 

 

[dragon.nur]

поставить сначала турбину - турбина может переносить давления выше

Для того, чтоб на прямодействующей (без редуктора) турбине сработать большие давления пара, нужны стальные лопатки и довольно длинный ротор. А раз уже это есть, то и машину низкого давления можно сделать не поршневой, а лопаточной. 

 

Для прямоточки одинарного расширения при прочих равных и размере в длину как у ПМТР можно получить примерно в полтора раза большую мощность. Но пара расход будет больше вдвое.

Изменено 8 Oct 2017 пользователем dragon.nur

[Беловчанин]

Для прямоточки одинарного расширения при прочих равных и размере в длину как у ПМТР можно получить примерно в полтора раза большую мощность. Но пара расход будет больше вдвое.

Коллега, для увеличения расхода пара конечно придется повышать паропроизводительность котлов. Этот момент довольно понятен.

А упомянутая Вами прямоточка, не тройного расширения? Получается некий аналог паровозной машины?

[dragon.nur]

Паровозные машины обычно не сложней компаунда двойного расширения. Тройное расширение для унафлоу -- ненужный перебор, там своё двойное редкость, а делать паровой аналог немецкого VZ -- нафиг ненужное усложнение, исторически не обусловленное.

[pun]

Для прямоточки одинарного расширения при прочих равных и размере в длину как у ПМТР можно получить примерно в полтора раза большую мощность.

Но пара расход будет больше вдвое.

Коллега, вынужден Вас поправить.

Сам в свое время с удивлением узнал, что для клапанных прямоточных машин расход пара, при условии перегрева, НАИМЕНЬШИЙ.

В свое время на "цусиме" приводил цифры из то ли справочника, то ли учебника. Там на 5 - 10 - 15% меньший расход перегретого пара в час на л.с.

Если склероз не изменяет - причина в очень больших потерях на нагрев в механизмах парораспределения других схем, даже с учетом тройного или двойного расширения.

Но - факт. При условии "сухого" пара клапанные прямоточки (двухтактные дизеля по схеме) самые экономичные. Правда привод клапанов в корне от ДВС отличается - отдельный механизм с изменением фаз в зависимости от срабатываемого объема и давления пара.

Книга 100% на чердаке дачи (помню еще, что бельвиль-долголенко на 30-40% мощней обычного бельвиля при прочих равных, а всего-то наклон трубок поменяли).

Не спора ради, истины для.

[dragon.nur]

Хм. Спасибо, учтём. А название какое? Может, в Сети есть, дабы всем приобщиться ?

[Беловчанин]

Хм. Спасибо, учтём. А название какое? Может, в Сети есть, дабы всем приобщиться ?

Поддерживаю просьбу!

И если можно, то сориентируйте по "Цусиме" где посмотреть.

Мне помнится что в "Красном Крыме" было упомянание трудности  использования перегретого пара на военных кораблях как менее стойкого к боевым повреждениям?.

[pun]

И если можно, то сориентируйте по "Цусиме" где посмотреть.

http://tsushima.borda.ru/?1-13-40-00000309-000-0-0-1214087124

Все, что было ... или не все. Что сходу вспомнил

Про Бельвиль-Долголенко - тоже книжка 40-х годов, другая. Названия не помню

Сын свалил в кучу на чердаке дачи, ближайшее время не доберусь. Не обещаю.

[Беловчанин]

Коллега, спасибо!

У нас тоже дачный сезон закончился, так что понимаю, без вопросов.

А вот в Цусиме. посмотрю, уж больно ее много, без наводки не перелопатить!

Продолжу.

Кажется нашел "попаданческую" паромашину. 

Вот тут http://popgun.ru/viewtopic.php?f=147&t=453956&start=3630

было обсуждение

Всего за 25$ продаётся буклет по машинам Скиннера:
http://steamenginelube.com/publications.htm
А здесь скан буклета, в нём есть схема:

http://www.carferries.com/skinner/

 

 

машина Штумпфа 

http://ia340943.us.archive.org/3/items/unaflowsteamengi00stumrich/unaflowsteamengi00stumrich.pdf

 

 

 

Изменено 10 Oct 2017 пользователем Беловчанин