Паровые поршневые двигатели были основными энергетическими установками, которые составляли основу техники более 100 лет.
Примерно с 20-30-х годов 19 го века, когда появились первые паровозы и пароходы, до середины 20-го века, когда подобные транспортные средства в развитых странах были вытеснены установками на основе двигателей внутреннего сгорания, поршневые паровые машины были сами распространенными силовыми установками в мире.
Да и сегодня, около 70% мировой электроэнергии вырабатывается на электростанциях с паросиловыми установками, где пар высокого давления из котлов вращает лопатки паровых турбин. Но вот беда- паровые турбины при масштабировании в сторону уменьшения своих размеров резко теряют эффективность и КПД, оставаясь при этом очень дорогими силовыми машинами. Поэтому в размерах менее 2-1,5 мВт паровые турбины не производит почти никто.
Тогда давайте рассмотрим небольшие паровые машины- паросиловые установки с поршневыми двигателями, которые были очень распространены в начале 19-го и первой половине 20-го века, и разберемся – почему они сошли с исторической сцены и давно не используются
ПЕРВАЯ ПРИЧИНА:: у таких паросиловых установок с малыми паровыми поршневыми двигателями весьма мал КПД. Особенно это касалось паровых машин, которые работали «на выхлоп» отработавшего пара из цилиндров двигателя в атмосферу. Именно так работали все паровозы и поэтому имели КПД в 6-8%. Конечно – можно было замкнуть контур и пускать отработавший пар в конденсатор и затем опять пускать получившуюся воду через насос в котел. Но это заметно усложняло конструкцию, и проще было мириться с предельно низким КПД, но зато иметь простую и надежную конструкцию паровоза. Так же низкий КПД обусловлен слабыми характеристиками воды и водяного пара – как рабочего тела. В большой электроэнергетике для повышения КПД (до 30%) пар подвергают очень высокой степени перегрева – до 550 град и добиваются огромного давления пара- до 250 атм. Но это возможно лишь в крупных установках, а в малых паросиловых установках столетней давности это устроить было невозможно, отсюда и низкий КПД на малых давлениях и невысоких температурах.
ВТОРАЯ ПРИЧИНА:: у таких паросиловых установок с малыми паровыми поршневыми двигателями очень невысок показатель скорости вращения выходного вала мощности. Т.е. поршневые паровые двигатели не могут развивать высокие обороты. Средний показатель скорости вращения поршневого парового двигателя – это 200-400 оборотов в минуту, иногда до 600. Такие характеристики вполне подходили для транспортных машин прошлого века – паровозов, пароходов и проч. Но вот для привода электрогенераторов это уже малые обороты. Поэтому для выработки электричества приходилось ставить дорогие и громоздкие повышающие редукторы, чтобы давать скорость вращения генераторам от 1500 до 3000 оборотов в минуту.
ТРЕТЬЯ ПРИЧИНА: Повышать обороты в поршневых машинах не было реальной возможности, ибо повышение оборотов требовало активной смазки пара трения «поршень-цилиндр», но смазывать такую поверхность при температуре пара и стенок цилиндра в 120-140 градусов- уже затруднительно, и кроме того смазка вместе с паром шла на выхлоп. А при закрытом контуре пара – когда возможен хоть какой-то приемлемый КПД, масло обязательно попадало в котел, где пригорало к кипятильным трубкам при сильно нагреве в процессе выработки пара.
Т.е. во избежание этого нужно делать устройства по отделению масла от конденсата, что еще более удорожало конструкцию паровой машины.
Но все эти недостатки можно устранить, если в паросиловом контуре вместо воды применить легкокипящие жидкости, а вместо архаического поршневого парового двигателя паровозного типа использовать роторный двигатель или маленький аксиально- поршневой с встречным движением поршней. Именно так старая добрая паровая машина может получить второе рождение и снова начать исправно трудится на благо человека, и прежде всего для приводов электрогенераторов в области автономного, малого (альтернативного-распределенного) электроснабжения .
Перейти — страница о «Паровые Роторные Двигатели»