Anonim

Image
Tehnični urednik Kevin Cameron deli svoje bogastvo znanja o motociklu, izkušenj, spoznanj, zgodovine in še veliko več. Svet koles

Zadnje ameriške parne lokomotive so bile dobavljene pred 60 leti. Približno 2700 ladij Liberty - ki so v drugi svetovni vojni začele s proizvodnjo, da bi premagale velike ladijske izgube do nemških podmornic - so poganjale tudi batne parne stroje, ki so bili antični že v zgodnjih 40. letih 20. stoletja. Lokomotive in ladje Liberty so uporabljale paro pri okoli 220 psi in 440 stopinj Fahrenheita, zato ni bilo potrebe po toplotno odpornih materialih, kakršni so potrebni v izpušnih ventilih bencinskih motorjev na vžig.

Članek se nadaljuje spodaj:

Poganja ga Image

Ko je lokomotiva zagnala vlak z močjo 10.000 ton, je morala vložiti največjo silo, da bi tako ogromno maso sprožila v gibanje. Da bi to naredili, je bila v dva motorja z dvojnim delovanjem cilindra v celotnem hodu bata sprejeta para. Ko je vlak nabiral hitrost, je bila parna količina sprejeta v manj in manj hodu bata, da bi povečali učinkovitost. Če želite videti, zakaj je to tako, si zamislite, kako se bat bliža koncu giba, pri čemer je še vedno dovoljena para pod pritiskom v polnem kotlu. Ko se izpušni ventil tega cilindra odpre, se sprosti vsa ta čudovita para pri polnem tlaku - njegova energija se zapravi.

Da bi preprečili to izgubo, ko se vlak premika, začne zapleten ventilski mehanizem zaustaviti pretok pare do vsakega cilindra prej pri hodu bata. To povečuje učinkovitost, saj omogoča, da se para giblje med premikanjem bata, tako da se pri izklopu pare zgodi prej in prej, tlak, ki ostane na koncu giba bata, postaja vse manj. Ko se vlak premika z želeno hitrostjo, strojevodja, ki upravlja lokomotivo, premakne mehanizem spremenljivega izklopa, da v najkrajšem možnem intervalu dovaja paro. Z vsakim cilindrom, ki prejema paro ravno dovolj dolgo, da se vlak premika s konstantno hitrostjo, ta zgodnji izklop pare poveča učinkovitost, saj omogoča, da se para porablja za večino giba vsakega bata, tako da ostane malo energije kot izpuh tega bata. ventil se odpre blizu konca svojega giba. Učinkovit postopek toplotnega motorja odvzame čim več energije iz delovne tekočine (v tem primeru pare), tako da se zapravi najmanj.

Image
Pri Številkah. Svet koles

Predstavljajmo si, da smo se odločili, da bomo svoje spomladansko oranje opravili z raketnim motorjem, namesto s traktorjem ali ekipo konj. Ne bi bilo težav, če bi našli majhen raketni motor, ki bi lahko, recimo, dal 1000 funtov potiska, ki bi poganjal pluge skozi tla. Ampak pomislite na odpadke - raketni izpuh se premika s tisočaki na sekundo in odnese bogastvo izgubljene kinetične energije. V procesu se zgorejo negospodarne količine goriva - stotine funtov na minuto - kar je nedosegljiv odpadek. Zato raketni motor postane učinkovit le pri visokih hitrostih, primerljivih z lastno hitrostjo izpušnih plinov.

Bencinski motor z iskrico je najbolj podoben parnemu motorju, ki deluje na predčasnem izklopu. Bat se dvigne proti zgornjem mrtvemu središču, vžigalna iskra sproži zgorevanje pri morda 35 stopinjah pred zgornjim mrtvim središčem (BTDC), iz tega izhajajoča toplotna energija pa doseže najvišji tlak zgorevanja od 1.000 do 1.200 psi za okoli 11 stopinj ATDC. Vroči visokotlačni plin nad batom je zdaj ekvivalent polža pare, ki se zapira v valj blizu TDC-ja, po katerem se parni ventil zapre. V obeh primerih - parni motor in motor z notranjim zgorevanjem - je največja učinkovitost dosežena tako, da se visokotlačni plin razširi proti gibljivemu batu, njegov tlak pa hitro pada, ko se bat odmika od TDC-ja.

Proti koncu kapi je ta postopek raztezanja omogočil, da se vroči plin velik del svoje energije odpove pritisku na bat. V motorju z vžigom z iskrico pri polnem plinu je preostali tlak približno 100 psi - le desetino ali manj svojega prvotnega tlaka.

V primeru tistih davno ladijskih motorjev Liberty je bil tlak pare, ki je ostal blizu konca bata, dovolj visok, da bi nastala resna izguba, če bi se ta para samo izčrpala v atmosfero. Zato je bila izpušna para cilindra sprejeta v drugi valj z veliko večjim izvrtinom, v katerem se je drugič razširila, kar je dalo dodatno uporabno moč. In nato še v tretji in še večji parni valj, ki ga je treba še tretjič razširiti, preden se končno izčrpa v atmosfero. Kakšna učinkovitost je bila posledica vsega tega? Poraba goriva je bila približno 0, 83 kilograma kurilnega olja na konjsko moč na uro. Če bi ustvarili enako moč z bencinskim motorjem, bi poraba znašala približno 0, 50 funta / konjska moč na uro ali pri dizlu 0, 35 funta / konjska moč na uro.

V Formuli 1 so zdaj pravilo hibridni pogonski sistemi in turbopolnilniki so povezani z električnimi motorji. Približno ena tretjina kemijske energije zgorevanja bencina izpušnih plinov. Nekaj ​​od tega lahko obnovite s turbopolnilnikom. Najvišja evolucija bata motorja letala je bila jeklenka Wright Turbo-Compound 18, ki je zmanjšala porabo goriva na 0, 42 funta / konjsko moč na uro, kar je v petdesetih letih prejšnjega stoletja povzročilo neposredne lete iz New Yorka v London ali Pariz. Njegova izpušna energija je poganjala tri pogonske turbine, ki so bile usmerjene nazaj v motorno gred motorja in so med vzletom dodale več kot 300 KM. Gospodarstvo z gorivom je bilo dobro, a vzdrževanje je bilo drago in pogosto.

V Formuli 1 so zdaj pravilo hibridni pogonski sistemi in turbopolnilniki so povezani z električnimi motorji. Za preprečitev turbo zaostanka (razvoj moči, ki je zamrznjen z inercijo turbinskega kolesa), se električna energija iz skladišča na vozilu uporablja za hitro potiskanje turbo za povečanje vrtljajev. Ko bi odprtina za odpadke običajno odvajala presežek izpušnih plinov v ozračje, da se prepreči pretirano povečanje, se zdaj vsaka presežna moč turbine porabi za pridobivanje električne energije, ki se vrne v skladišče na krovu.

Za povečanje učinkovitosti je potrebna večja zapletenost strojne in nadzorne tehnologije. V elektrarnah s kombiniranim ciklom plinska turbina zagotavlja večino energije, vendar njena izpušna toplota dvigne paro tudi za pogon parne turbine. Upravljanje je enostavno, saj takšne naprave delujejo s konstantnimi vrtljaji in obremenitvami. Tovornjaki na dolge razdalje, katerih delovanje je najbližje konstantni hitrosti in obremenitvi, so naslednji kandidati za takšne tehnologije za varčevanje z energijo. Ali bodo avtomobili ali celo motorna kolesa sledili vedno bolj zapletenim shemam za obnovo energije?