(из петербургского музея железных дорог России)
Перед началом работы бестопочного паровоза котел его на 60-70% заполняли водой, а затем через специальный патрубок подавали в него пар от стационарной котельной установки.
Спереди, надо полагать, как раз клапан для заправки:
Пар нагревал воду, и когда ее температура достигала точки кипения, т.е. давление в котле становилось равным давлению стационарного котла, паровоз оказывался готовым к действию. При пуске пара в цилиндры давление пара в котле постепенно понижалось, а вода продолжала кипеть; с понижением давления уменьшалась и температура кипения воды.Бестопочные паровозы могли работать от заправки до заправки 4-6 часов.
Для увеличения времени автономной работы шли на разные хитрости. Например, одновременно с зарядкой паром котла-аккумулятора заполняли сжатым воздухом специальные резервуары для работы вспомогательных агрегатов паровоза.
Более интересное средство для продления работы придумали еще в XIX веке. Отработанный в цилиндрах пар не выбрасывался в атмосферу, а конденсировался в отдельном баке, который окружал котел. В баке находилась каустическая сода (она же гидроксид натрия, едкий натр, NaOH).
Известно, что процесс растворения некоторых веществ в воде сопровождается выделением теплоты; каустическая сода как раз из таких. Теплота растворения передавалась воде в котле и увеличивала пробег паровоза без подзарядки.
Бестопочный паровоз Honigmann'а предположительно для Сен-Готардского тоннеля (1885). Голубое — вода в котле, розовое — раствор каустической соды:
На соде работали паровые трамваи в Ахене
После использования раствор соды восстанавливали до исходной концентрации путем кипячения или пропусканием через него пара.
Теплотворная способность каустической соды не так чтобы очень велика, но заметна: 30 кг сухого гидроксида натрия эквивалентны 1 литру бензина (на самом деле меньше — в зависимости от концентрации раствора, температуры и т.д.). Пишут, что ахенский трамвай возил на себе около тонны соды.
Системе пророчили большое будущее, в частности, на подводных лодках. Ведь есть вещества, которые при смешивании с водой выделяют еще больше теплоты — серная кислота, например. Однако опасность иметь под боком несколько тонн горячей щелочи/кислоты перевесила все остальное. Не взлетело.
Источники: Раков Р.А. «Локомотивы отечественных железных дорог» & Сайт
Комментарии (58)
DALwick
03.04.2018 09:05Бестопочные паровозы могли работать от заправки до заправки 4-6 часов.
В связи с чем был именно такой срок работы? Пока вся вода в баке паром не станет?
Javian
03.04.2018 09:22Он же не все 6 часов ездит и с разной нагрузкой.
Продолжительность работы локомотива между заправками в зависимости от нагрузки составляла 4 — 6 часов. Есть этакий интересный факт — согласно расчётам, БП-шка могла везти по прямому участку пути состав массой 325т. на расстояние 30 км со скоростью 15 км/ч.
Самым последним бестопочным паровозом был БП1-02. Летом 1955 года он показал отличные результаты. Во время испытаний он с места брал составы в 1700т., а сам мог двигаться при маленьком давлении в котле в 1кгм/см2.
nikolai-gramota.livejournal.com/5939.html
shaggyone
03.04.2018 09:20+1Непонятно, что дальше происходило с щёлочью. Её сливали и насыпали сухую? Или каким то хитрым образом осушали в самом котле? Если сливали, то, опять же, что с ней делали? Рсушали в депо, передавали в ближайший завод или спускали в ближайшую речку/канализацию?
22sobaki Автор
03.04.2018 09:27+1Насколько понимаю, сливали и кипятили где-то (в депо?) до полного испарения воды. При этом расход энергии на кипячение был, разумеется, больше, чем полезная энергия от соды, полученная в котле.
Javian
03.04.2018 09:54Логично это делать тут же на том же парогенераторе.
HellFir-e
03.04.2018 17:15Логично это делать, сливая в чан жижу и заправляя новой т.к. чан гораздо дешевле паровоза и просто греть паровоз, пока он мог бы работать, не самое выгодное занятие.
(как-то странно я выразил свою мысль...)
Простой паровоза, мне кажется, гораздо дороже чем нанять несколько команд грузчиков+чаны+топливо… Меньше издержек(наконец-то выразился правильно)Javian
04.04.2018 11:40Парогенератор стационарный в случае таких паровозов. Сливать с паровоза и кипятить на топке стационарного парогенератора.
WP_Hedgehog
03.04.2018 11:32Перед началом работы бестопочного паровоза котел его на 60-70% заполняли водой, а затем через специальный патрубок подавали в него пар от стационарной котельной установки.
Понимаю, что автор взял эту цитату из другого текста, но именно она мне кажется весьма сомнительной по смыслу: заправлять котёл-аккумулятор водой на 2/3, а затем греть её паром? Что-то как-то сомнительно, хотя… Хотя, если заправлять сначала кипятком при относительно низком давлении, а затем дать пар от ПЗС (паровозо-заправочной станции, обычно эту функцию исполняли старые паровозы с ещё годным котлом) при рабочем давлении и температуре – тогда, да.
Gutt
03.04.2018 13:01+2Разумеется, заполнять нужно горячей водой, иначе мы просто бездарно потеряем ёмкость аккумулятора. Полностью заполнить бак водой тоже нельзя — нужно создавать повышенное давление, чтобы точка кипения воды ползла вниз вместе с падением давления и температуры в аккумуляторе. А просто воду сжать будет очень трудно, да и пару образовываться будет негде.
x67
03.04.2018 13:51Интересная идея для diy паровозика
Gutt
04.04.2018 01:26Мне кажется, кусочек сухого горючего позволит добиться намного лучшего результата. Если это не дуй в формате П38, то соотношение объёма к площади поверхности будет плохим, и аккумулятор будет слишком быстро остывать.
plastilinko
04.04.2018 07:56вся суть безтопочного паровоза в том что там нет пламени а с сухим горючим это уже не выполняется :)
Gutt
04.04.2018 20:45Можно использовать каталитическое горение (например, собрав из нескольких бензиновых туристических грелок (не горелок!)), фазовый переход (кристаллизацию гипосульфита или ацетата натрия; растворение едкого натра или серной кислоты — плохие идеи) или негорючую неагрессивную химию — CuCl + Al, к примеру. С маленьким аккумулятором всё будет совсем плохо. Возьмём сферу, как замкнутую поверхность с наилучшим соотношением объёма к площади в нашем бренном четырёхмерном мире. Объём сферы — 4/3*pi*R^3, площадь — 4*pi*R^2. V/S = 1/3*R. При радиусе сферы в метр получаем 1/3, при радиусе в 3 см — 1/100, в 33 раза хуже. Если упростить задачу и забыть про конвекцию и толщину стенок, то если в случае полномасштабного паровоза аккумулятор остывает за, скажем, 5 часов, то в случае модели это произойдёт за 9 минут. И это не учитывая расход энергии на движение, а у модели КПД будет намного хуже.
x67
05.04.2018 00:39Хороший вакуумный термос на литр стоит меньше тысячи рублей и уменьшает теплопотери на ~90-95%. Вопрос только в том, какое давление выдержит такой термос и какую крышку использовать, дабы уменьшить теплопотери и держать рабочее давление. Ну и никто не собирается же на паровозах транспортное сообщение организовывать) Даже 9 минут достаточно, коптеры иной раз меньше летают)
Gutt
05.04.2018 22:08Кстати! Если мы говорим о модельных железных дорогах, то что мешает греть электричеством? Повысить напряжение на рельсах вольт до 60, и уже при паре ампер получим 120 Вт. А крепкий аккумулятор можно разместить внутри термоса. Но, действительно, за 9 минут любая маленькая модель два раза израсходует энергию на движение.
x67
05.04.2018 23:09да это не так важно, чем греть. Проблемы будут в другом — чем приводить в движение и выбирать открытую или закрытую систему.
x67
05.04.2018 00:31Сейчас обычным людям доступно очень много интересных материалов, которые не доступны были КБ времен паровых аккумуляторов) Паровозы на огненной тяге делали многие, а вот proof of concept пароаккумулятора — действительно интересный (но не эффективный и совершенно бесполезный) проект
holy_desman
03.04.2018 14:21А были-ли ли или есть-ли паравозы с твердотельным теплоаккуммулятором? Ну, просто с чугунной плитой разогретой до 1000 градусов, допустим?
vvadzim
03.04.2018 15:45Отдельно рабочее тело, отдельно аккумулятор? Чисто интуитивно не должно быть выгодным.
holy_desman
03.04.2018 17:12Чисто интуитивно возить аккумулятор со стенками той толщины чтобы держать перегретую воду под давлением 300 атм тоже не очень выгодно.
x67
03.04.2018 20:54На практике интуиция часто врет
holy_desman
03.04.2018 21:05Я в курсе. Но я тут чуть-чуть посидел со штанген-логарифмическим циркулем и пришёл к выводу что первичным для накопителей этого типа было наличие готовой инфраструктуры. Как уже указывалось выше, парогенератором для заправки такого аккумулятора становился отслуживший свой срок паровоз с ещё живым котлом. А раз он есть, организовывать процесс разогрева или перегрузки твердотельного теплоаккумулятора, либо разрабатывать пневматический аккумулятор для этих целей оказалось невыгодным.
Gutt
04.04.2018 20:53Теплоёмкость воды — 4200 Дж/кгК, железа — около 700. До 1000 и придётся греть для хорошего результата, но масса чугунной болванки будет балластом. Для нагревая требуется дополнительная инфраструктура — стандартным паровозным паром вы её до такой температуры не нагреете. Уж лучше растворение едкого натра.
Akon32
03.04.2018 15:54+2У чугуна удельная теплоёмкость на порядок меньше, чем у воды. Если считать объёмы, а не массу, тоже почти не выгодно.
22sobaki Автор
03.04.2018 21:29Не чугун, но кирпичи:
торжественное открытие первой шестикилометровой линии лондонской поздемки состоялось 10 января 1863 года.
Интересно, что, изначально по ней планировали пустить оригинальные «бездымные» паровозы, специально спроектированные для этой цели инжнером Фаулером. Эти локомотивы должны были поднимать давление пара в котлах еще в депо, до выхода на линию, потом — заглушать топку, а дальнейшее парообразование обеспечивалось специальным термоаккумулятором, основу которого составляли окружавшие котел раскаленные кирпичи. Кроме того, паровоз Фаулера оснащался пароконденсаторами и емкостями для воды, то есть, работал по замкнутому циклу.
Однако расчеты изобретателя не оправдались. Проведенные в 1862 году испытания показали, что кирпичный термоаккумулятор оказался неэффективным, при погашенной топке давление пара быстро снижалось и локомотив мог проехать лишь незначительное расстояние
vikond65.livejournal.com/429194.html
Helium4
04.04.2018 02:43Не смог быстро найти источник. Как-то читал про использование графитовых сборок нагретых до 1500+С в качестве теплоаккумулятора для военных кораблей и подводных лодок.
klirichek
04.04.2018 10:32Если вперемешку с урановыми ТВЭЛами — то можно и не греть.
Только экипажу свинцовые трусы обеспечить.Helium4
04.04.2018 12:48Урановые ломы в ртути же.
klirichek
04.04.2018 14:48Зачем? Это ж настоящий реактор с графитовым замедлителем будет.
Ядрёный паровоз!Norno
04.04.2018 16:46А почти всё ядерное паровоз (за исключением ритегов). Оно почти все греет воду чтобы из нее получить пар, который уже, как правило, крутит паровую турбину… на валу которой что-нибудь стоит (как правило генератор)…
Kolegg
04.04.2018 13:00Но вода все-равно нужна для пара. А тут рабочее тело и источник тепла в одном флаконе.
robotrobot
03.04.2018 16:18интересно а стационарно хранить энергию в виде пара выгодно?
kotomyava
03.04.2018 17:26+1На вскидку несколько проблем:
- Преобразование с низким КПД.
- Опасно из-за высокого давления.
- Теплопотери.
konst90
03.04.2018 17:36В Factorio разве что :)
robotrobot
03.04.2018 19:32О, да. Атомные реакторы и пар, ораздо лучше чем гектары сотнечных панелей )
klirichek
04.04.2018 10:40Сугубо с точки зрения энергоёмкости — весьма. Раз в 500 выгоднее, чем просто в нагретой воде.
Но вот технические сложности неизбежно вылезут (килограмм пара — это не килограмм воды. Займёт объёма существенно больше).
alexhott
03.04.2018 19:33+1сейчас на солнечных электростанциях в качестве аккумулятора часто используют расплав соли. Энергия кристаллизации больше чем энергия запасаемая за счет теплоемкости. Интересно были попытки использовать это в паровозах? и насколько было бы эффективнее?
hippohood
03.04.2018 21:25Так ведь в Паровозе этим теплом надо будет все равно воду нагревать, которую с собой все равно возить, а вода имеет самую высокую теплоемкость. Проще тогда в этой воде и тепло хранить наверно.
Elmot
04.04.2018 11:01Вообще-то у воды удельная теплота плавления вообще дикая, только вот с низкими температурами не научились эффективно работать в ту пору.
22sobaki Автор
03.04.2018 23:02За паровозы не скажу, а для аккумулирования холода теплоту фазового перехода широко используют. От кубика льда в коктейле до намораживания льда в системах кондиционирования по ночам, когда электричество дешевле.
Elmot
04.04.2018 11:08+1начать можно с крестьянских погребов-ледников, которые сохраняли жратву при минусовой температуре месяцами.
tormozedison
03.04.2018 20:08А проекты метро с такими паровозами были?
22sobaki Автор
03.04.2018 21:26+1торжественное открытие первой шестикилометровой линии лондонской поздемки состоялось 10 января 1863 года.
Интересно, что, изначально по ней планировали пустить оригинальные «бездымные» паровозы, специально спроектированные для этой цели инжнером Фаулером. Эти локомотивы должны были поднимать давление пара в котлах еще в депо, до выхода на линию, потом — заглушать топку, а дальнейшее парообразование обеспечивалось специальным термоаккумулятором, основу которого составляли окружавшие котел раскаленные кирпичи. Кроме того, паровоз Фаулера оснащался пароконденсаторами и емкостями для воды, то есть, работал по замкнутому циклу.
Однако расчеты изобретателя не оправдались. Проведенные в 1862 году испытания показали, что кирпичный термоаккумулятор оказался неэффективным, при погашенной топке давление пара быстро снижалось и локомотив мог проехать лишь незначительное расстояние
vikond65.livejournal.com/429194.html
di2mot
04.04.2018 00:29+1Сода — это это карбонат и гидрокарбонат натрия, не вводи людей в заблуждение, содой вы ничего не нагреете.
Не корректно называть едкий натр содой, это сильно бытовое название, такая привилегия только у содовиков)))22sobaki Автор
04.04.2018 00:34В посте 4 раза написано «каустическая сода» и 3 раза «сода». Для краткости
Но комментарий очень в тему. Если обратите внимание, на американском трамвае написано именно «сода». Есть мнение, что это намеренное недоговаривание информации, чтобы публика не волновалась. Мол, это просто сода, а не какой-нибудь прости господи едкий натр.
adson
04.04.2018 13:49В детстве, когда читал книжку «Опыты без взрывов», там была такая градация: обычная, «бытовая» сода, используемая для выпечки (та, что без ГМО) — это гидрокарбонат натрия, каустическая сода — это карбонат натрия (руки щипало довольно ощутимо), а гидроксид натрия — это едкий натр.
Helium4
04.04.2018 15:22Немного перепутали. Кальцинированная сода — карбонат натрия, а каустик — едкий натр.
В вики пишут: "В 1736 году французский учёный Анри Дюамель дю Монсо впервые различил эти вещества: гидроксид натрия стали называть каустической содой, карбонат натрия — кальцинированной содой (по растению Salsola soda из рода Солянка, из золы которого её добывали), а карбонат калия — поташом."
Хотя, я почему то думал, что кальцинированная — от слова кальцинация (нагрев) — реакция 2NaHCO3 -> Na2CO3 + H2O + CO2
il--ya
06.04.2018 03:10Кое-где ещё ездят даже. Например, в Шотландии можно прокатиться на восстановленном:
Vanellope
Даже не задумывалась, как раньше в нефтянке на паровозах ездили. Вот как оказывается, гениально!