Альтернативно-паровое
Nov. 29th, 2016 06:55 am![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
ermiak.livejournal.com posting in ![[community profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/community.png){kind=small}
engineering_ruО том, что электромобили известны уже сотню лет и поначалу даже успешно конкурировали с бензомоторными, упоминалось уже не один раз. Но кроме бензомоторных машин, электромобилям приходилось соперничать и с паровыми, достигшими тогда вершины своего развития.
Что мог дать электромобиль? Простоту конструкции и управления, бесшумность, мгновенная готовность к работе и большой, но кратковременный крутящий момент.. ну и все. Остальное было одним большим недостатком. Огромный мертвый вес, длительное время заряда, быстрый износ батарей и смехотворный запас хода.
С бензиновыми тоже понятно. Огромная удельная мощность и энергоемкость, относительно малое время подготовки и дозаправки сокрушительно перевесили все недостатки. А это и сложность и капризность конструкции и управления, шум, вибрации, узкий диапазон мощности двигателя и все-все-все дожившее до наших дней.
И что могли предложить конструкторы паровых машин? Неожиданно, очень многое. Как раз к этому времени был доведен до ума прямоточный котел высокого давления и возможности парового автомобиля вышли на новый, непредставимый ранее уровень. Паровые автомобили в управлении были немногим сложнее электрических, тягу давали поистине паровозную (долговременный полный момент на всех скоростях от нуля и до максимальной), а скорость заправки не слишком отличалась от бензомоторной. Остается добавить к этому бесшумность и плавность хода, до сих пор доступную не каждому автомобилисту плюс относительная всеядность.
Ну и недостатки. Машины оказались довольно тяжелыми, требовали заправку топливым и водой (а подготовка воды - отдельная дисциплина машинистов паровиков) и не то, что сложность, а сложность и ответственность конструкции с 50-80 атмосфер внутри.
Так даже вполне рядовой Стэнли разогревался 15 минут и демонстрировал вполне современные "снулядосотни", а уж топовый Добль был готов к поездке через пару минут после поворота ключа.
Хотелось бы сразу перейти к котлу, но начнем все-таки с общей конструкции. Сразу оговорюсь, картинки действительно относятся к Доблю. И большинство - к версии Е20. Но закладываться я не стану, т.к. производство было индивидуальным и каждая машина отличалась от предыдущей. А фото не так уж и много. Но мы старательно будем считать, что это Е20. И да, я не буду дублировать Jay Leno, его запись посмотрите сами, она того стоит.
Впереди "радиатор". Это действительно радиатор, но радиатор кондесатора. Да, машина работает по замкнутому циклу и пар из цилиндров здесь охлаждается и конденсируется.
Hint: Паровозы с конденсацией пара строить пытались. Но экономия воды столкнулась с неожиданной проблемой: в паровозе давление в 5 раз меньше, чем с машине Добля. А привод насоса внезапно создавал противодавление на выходе, снижая и без того паровозный КПД. В условиях, когда конструкторы были готовы продать душу за долю процента этого самого КПД, схема была обречена. Но на большом давлении ситуация была совершенно другой.
Под капотом расположен котел и обвес типа узла управления, генератора, насоса и т.п.
Под сиденьем расположен бак с водой
Перед задней осью - двигатель
За задней осью топливный бак.
Так вот, котел.
Котел прямоточный и содержащий весьма небольшой объем воды, что вместе с мощным нагревателем давало невероятное время прогрева - от 30 секунд по документам до 1-2 минут. Сама конструкция выглядит необычно: Камера сгорания расположена сверху и вихрю огня приходится спускаться вниз и уже там нагревать воду. Мозговой штурм предположил, что это удобнее для обслуживания.
Это более эффективный котел F-серии.
А это - рама с видимой выхлопной трубой.
Машина работает на жидком топливе - изначально на керосине, но легко переделывается на бензин и другую горючку.
Керосин подается в карбюратор, в котором и смешивается с воздухом, нагнетаемым (электро)турбинкой в полкиловатта (на всякий случай - это мощность турбинки пылесоса "ракета" с выброшенным мешком и порезанной сеткой). Электро - на момент запуска, далее мощность отбиралась от машины (или от турбины или... я уже говорил, что добль на добль не приходится). Угу, турбированный мотор, чего уж там. Топливо сгорает очень чисто и почти бесшумно. Настолько, что Добль даже сейчас вписывается в экологические нормы.
Но прямоточный котел был известен и до Добля. Здесь же он был дополнительно оснащен системой автоматического управления. Да, на приборной панели были показометры температуры и давления, но всю работу выполнялбортовой компьютер автомат управления. Это кажется совершенно обыкновенным, но в те годы автоматическое управление паровым котлом было технологией будущего
Вот он, за котлом прячется.
Смысл в чем: В нем есть термостат и манометрический замыкатель. Замыкатель ждет накопления рабочего давления в 52 атмосферы и выключает горелку и циркуляционный насос. И автоматически же включает их, если давление упало ниже нормы. Тривиально. А вот термостат использует расширение кварцевого стержня и ждет перегрева свыше 400 градусов и не только выключает горелку (тепловые процессы инерционны и пока там главный насос прокачает воду, змеевик может и прогореть), но и включает экстренное охлаждение пуская воду через "байпас" мимо нижних витков.
Далее пар идет в двухцилиндровую машину двойного расширения (итого четыре цилиндра - два высокого и два низкого давления). Важная особенность паропоршневых машин - однотактный режим работы. То есть каждый ход поршня - рабочий.
Hint: Компаунд-машины использовали и на паровозах. Но как только изобрели пароперегреватель, о них забыли, как о ночном кошмаре. Потому, что НУ ПАЧИМУ ТУТ ВСЕ ТАК СЛОЖНА??!!!111
Небольшая 150-сильная (!) машина сблокирована с главной передачей 1,5:1. Напрямую. У паровой машины невероятно ровная нагрузочная характеристика на всем диапазоне оборотов. То есть полный момент будет и на максимальных оборотах и на нулевых, когда машина уперлась в стену. Так что для управления достаточно рукоятки (точнее штурвала) газа. В смысле, пара. Газ регулируется автоматически. Коробки-то нет, но для удобства есть трехпозиционная педаль отсечки, меняющая тягу машины и расход пара. 1 отсечка перекрывала пар на 85% рабочего хода поршня (оставшееся расстояние поршень шел своим ходом); 2 - 65; 3 - 45 (это сильно экономит пар и топливо). 1 работала до 10 км/ч, 2 до 30 км/ч 3 до 150 км/ч; Это не значит, что нельзя идти 150 на первой отсечке - но жрать машина будет, что паровоз (а вот на третьей отсечке при штурме горной дороги может быть плохо). На ней же педаль реверса.
Hint: Электромоторы тоже так в общем-то могут, но при длительном полном моменте на малой скорости электромотор вскоре задымится.
Далее пар идет на конденсацию, по пути покрутив турбину охлаждения радиатора.
Радиатор сотовый, с большой площадью охлаждения, которой, впрочем, едва хватало для конденсации пара, особенно на полной мощности.
Итак, для поездки нам нужно:
0. Поднять ручник. Это сольет конденсат и включит байпас машины.
1. Вставить ключ зажигания.
2. Потянуть рычаг (шарик, кнопку - мы все помним об отличиях даже в пределах серии) запуска главного циркуляционного насоса. Ждем 10 секунд или пока не покажется вода у подножки.
3. Включаем зажигание. Под капотом ухает, рычит и начинает низко гудеть. Это еще 30 секунд.
4. В принципе, уже можно ехать, но если вы хотите поднять давление до полного, можно прогреть в течение минуты.
5. И ехать. Ой, как? Видите второй маленький руль?
Это и есть кран пара в машину (я не знаю, как его назвать - это не дроссель, не газ, не тапка и не гашетка - будет краном). Нормально? Вот и я так думаю. И водители.
Так что на последних доблях все-таки появилась привычная педалька. Да, кстати, тормозов у вас нет. Два барабана на задних колесах для 2-3 тонной машины - это несерьезно, так что сразу возвращаемся к дилеру и ставим передние тормоза. Выезжаем и понимаем, что тормозов у нас по-прежнему нет - 4 барабана для 2-3 тонной машины... Плюем на историческую справедливость и ставим нормальные диски.
И что же в итоге? А в итоге получилась очень тихая, очень резвая машина в 2,5 тонны массой.
15 секунд с нуля до сотни
190 км/ч максимум
150 л.с
1355 Н.м
16-18 литров керосина на сотню Можно и больше, если ездить на первой отсечке:)
КПД вот так я не нашел, но по всем характеристикам он должен был составлять процентов 25-28, что вполне сопоставимо с тогдашними и не только тогдашними ДВС.
Недурной результат для тяжеленного паровика, а?
Очень недурной.
И почему же не взлетело? Добль был перфекционистом и машина должна была быть идеальной. Она и была идеальной, вот только цена была совсем не автомобильной, причем настолько, что кадиллаки и паккарды на ее фоне выглядели вполне доступными машинками. А у остальных производителей не было патентов. А потом пришла эпоха дешевого бензина (кажется, эта фраза становится традиционной...)
Что мог дать электромобиль? Простоту конструкции и управления, бесшумность, мгновенная готовность к работе и большой, но кратковременный крутящий момент.. ну и все. Остальное было одним большим недостатком. Огромный мертвый вес, длительное время заряда, быстрый износ батарей и смехотворный запас хода.
С бензиновыми тоже понятно. Огромная удельная мощность и энергоемкость, относительно малое время подготовки и дозаправки сокрушительно перевесили все недостатки. А это и сложность и капризность конструкции и управления, шум, вибрации, узкий диапазон мощности двигателя и все-все-все дожившее до наших дней.
И что могли предложить конструкторы паровых машин? Неожиданно, очень многое. Как раз к этому времени был доведен до ума прямоточный котел высокого давления и возможности парового автомобиля вышли на новый, непредставимый ранее уровень. Паровые автомобили в управлении были немногим сложнее электрических, тягу давали поистине паровозную (долговременный полный момент на всех скоростях от нуля и до максимальной), а скорость заправки не слишком отличалась от бензомоторной. Остается добавить к этому бесшумность и плавность хода, до сих пор доступную не каждому автомобилисту плюс относительная всеядность.
Ну и недостатки. Машины оказались довольно тяжелыми, требовали заправку топливым и водой (а подготовка воды - отдельная дисциплина машинистов паровиков) и не то, что сложность, а сложность и ответственность конструкции с 50-80 атмосфер внутри.
Так даже вполне рядовой Стэнли разогревался 15 минут и демонстрировал вполне современные "снулядосотни", а уж топовый Добль был готов к поездке через пару минут после поворота ключа.
Хотелось бы сразу перейти к котлу, но начнем все-таки с общей конструкции. Сразу оговорюсь, картинки действительно относятся к Доблю. И большинство - к версии Е20. Но закладываться я не стану, т.к. производство было индивидуальным и каждая машина отличалась от предыдущей. А фото не так уж и много. Но мы старательно будем считать, что это Е20. И да, я не буду дублировать Jay Leno, его запись посмотрите сами, она того стоит.
Впереди "радиатор". Это действительно радиатор, но радиатор кондесатора. Да, машина работает по замкнутому циклу и пар из цилиндров здесь охлаждается и конденсируется.
Hint: Паровозы с конденсацией пара строить пытались. Но экономия воды столкнулась с неожиданной проблемой: в паровозе давление в 5 раз меньше, чем с машине Добля. А привод насоса внезапно создавал противодавление на выходе, снижая и без того паровозный КПД. В условиях, когда конструкторы были готовы продать душу за долю процента этого самого КПД, схема была обречена. Но на большом давлении ситуация была совершенно другой.
Под капотом расположен котел и обвес типа узла управления, генератора, насоса и т.п.
Под сиденьем расположен бак с водой
Перед задней осью - двигатель
За задней осью топливный бак.
Так вот, котел.
Котел прямоточный и содержащий весьма небольшой объем воды, что вместе с мощным нагревателем давало невероятное время прогрева - от 30 секунд по документам до 1-2 минут. Сама конструкция выглядит необычно: Камера сгорания расположена сверху и вихрю огня приходится спускаться вниз и уже там нагревать воду. Мозговой штурм предположил, что это удобнее для обслуживания.
Это более эффективный котел F-серии.
А это - рама с видимой выхлопной трубой.
Машина работает на жидком топливе - изначально на керосине, но легко переделывается на бензин и другую горючку.
Керосин подается в карбюратор, в котором и смешивается с воздухом, нагнетаемым (электро)турбинкой в полкиловатта (на всякий случай - это мощность турбинки пылесоса "ракета" с выброшенным мешком и порезанной сеткой). Электро - на момент запуска, далее мощность отбиралась от машины (или от турбины или... я уже говорил, что добль на добль не приходится). Угу, турбированный мотор, чего уж там. Топливо сгорает очень чисто и почти бесшумно. Настолько, что Добль даже сейчас вписывается в экологические нормы.
Но прямоточный котел был известен и до Добля. Здесь же он был дополнительно оснащен системой автоматического управления. Да, на приборной панели были показометры температуры и давления, но всю работу выполнял
Вот он, за котлом прячется.
Смысл в чем: В нем есть термостат и манометрический замыкатель. Замыкатель ждет накопления рабочего давления в 52 атмосферы и выключает горелку и циркуляционный насос. И автоматически же включает их, если давление упало ниже нормы. Тривиально. А вот термостат использует расширение кварцевого стержня и ждет перегрева свыше 400 градусов и не только выключает горелку (тепловые процессы инерционны и пока там главный насос прокачает воду, змеевик может и прогореть), но и включает экстренное охлаждение пуская воду через "байпас" мимо нижних витков.
Далее пар идет в двухцилиндровую машину двойного расширения (итого четыре цилиндра - два высокого и два низкого давления). Важная особенность паропоршневых машин - однотактный режим работы. То есть каждый ход поршня - рабочий.
Hint: Компаунд-машины использовали и на паровозах. Но как только изобрели пароперегреватель, о них забыли, как о ночном кошмаре. Потому, что НУ ПАЧИМУ ТУТ ВСЕ ТАК СЛОЖНА??!!!111
Небольшая 150-сильная (!) машина сблокирована с главной передачей 1,5:1. Напрямую. У паровой машины невероятно ровная нагрузочная характеристика на всем диапазоне оборотов. То есть полный момент будет и на максимальных оборотах и на нулевых, когда машина уперлась в стену. Так что для управления достаточно рукоятки (точнее штурвала) газа. В смысле, пара. Газ регулируется автоматически. Коробки-то нет, но для удобства есть трехпозиционная педаль отсечки, меняющая тягу машины и расход пара. 1 отсечка перекрывала пар на 85% рабочего хода поршня (оставшееся расстояние поршень шел своим ходом); 2 - 65; 3 - 45 (это сильно экономит пар и топливо). 1 работала до 10 км/ч, 2 до 30 км/ч 3 до 150 км/ч; Это не значит, что нельзя идти 150 на первой отсечке - но жрать машина будет, что паровоз (а вот на третьей отсечке при штурме горной дороги может быть плохо). На ней же педаль реверса.
Hint: Электромоторы тоже так в общем-то могут, но при длительном полном моменте на малой скорости электромотор вскоре задымится.
Далее пар идет на конденсацию, по пути покрутив турбину охлаждения радиатора.
Радиатор сотовый, с большой площадью охлаждения, которой, впрочем, едва хватало для конденсации пара, особенно на полной мощности.
Итак, для поездки нам нужно:
0. Поднять ручник. Это сольет конденсат и включит байпас машины.
1. Вставить ключ зажигания.
2. Потянуть рычаг (шарик, кнопку - мы все помним об отличиях даже в пределах серии) запуска главного циркуляционного насоса. Ждем 10 секунд или пока не покажется вода у подножки.
3. Включаем зажигание. Под капотом ухает, рычит и начинает низко гудеть. Это еще 30 секунд.
4. В принципе, уже можно ехать, но если вы хотите поднять давление до полного, можно прогреть в течение минуты.
5. И ехать. Ой, как? Видите второй маленький руль?
Это и есть кран пара в машину (я не знаю, как его назвать - это не дроссель, не газ, не тапка и не гашетка - будет краном). Нормально? Вот и я так думаю. И водители.
Так что на последних доблях все-таки появилась привычная педалька. Да, кстати, тормозов у вас нет. Два барабана на задних колесах для 2-3 тонной машины - это несерьезно, так что сразу возвращаемся к дилеру и ставим передние тормоза. Выезжаем и понимаем, что тормозов у нас по-прежнему нет - 4 барабана для 2-3 тонной машины... Плюем на историческую справедливость и ставим нормальные диски.
И что же в итоге? А в итоге получилась очень тихая, очень резвая машина в 2,5 тонны массой.
15 секунд с нуля до сотни
190 км/ч максимум
150 л.с
1355 Н.м
16-18 литров керосина на сотню Можно и больше, если ездить на первой отсечке:)
КПД вот так я не нашел, но по всем характеристикам он должен был составлять процентов 25-28, что вполне сопоставимо с тогдашними и не только тогдашними ДВС.
Недурной результат для тяжеленного паровика, а?
Очень недурной.
И почему же не взлетело? Добль был перфекционистом и машина должна была быть идеальной. Она и была идеальной, вот только цена была совсем не автомобильной, причем настолько, что кадиллаки и паккарды на ее фоне выглядели вполне доступными машинками. А у остальных производителей не было патентов. А потом пришла эпоха дешевого бензина (кажется, эта фраза становится традиционной...)
![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
no subject
Date: 2016-11-30 06:50 am (UTC)no subject
Date: 2016-11-30 09:10 am (UTC)Частотный привод может передвигать точку критического момента, включая и установку ее на 0 оборотов. Точка критического момента находится на частоте скольжения 5..7 Гц. Двигатели разработанные под частотный привод имеют точку номинального момента на уровне 0.8 от критического (у обычного на уровне 0.35).
Отход от формулы U/f=const в асинхроннике на малых частотах делается не для повышения возбуждения а для его сохранения т.к. потеря напряжения на Активном сопротивлении обмотки при одном и том же токе будет одинаковой т.е. 12 В из 380-и В - это немного, а вот 12 В из 20-и В - это уже писец.
Все описанное вами может возникнуть при попытке безграмотного управления двигателем.
Большое потребление электромагнита? Температурный коэффициент сопротивления?
А мужики то и не знали, делали моторы уже больше 100 лет, меряли КПД, при рабочей температуре конечно: 45 кВт 50 Гц 3000 об 92% и не знали, что сделать их оказывается невозможно.
no subject
Date: 2016-11-30 09:32 am (UTC)Похоже "мужики" таки не знают, что 92% - это номинальный режим, а шлифовка и динамика на тех нескольких секундах разгона - это жестокий пусковой форсаж, а пичалька возникает на тягунах с переутяжелённой батарейками повозки и длительных дёрганных пробках, когда разница в потреблении с трассой не сильно то отличается от разницы с ДВС-ными авто.
no subject
Date: 2016-11-30 12:52 pm (UTC)Конечно для поддержания одинакового момента, нужно поддерживать и одинаковый ток в обмотках а значит и одинаковые потери = КПД на малых оборотах стремится к нулю, но и необходимая для движения мощность на малой скорости тоже стремится к нулю.
Для движения в тянучке 30 км/ч требуется до 2 кВт мощности и мизерный крутящий момент = расход мизерный. Конечно если за рулем идиот "шашечник" то тут ничем не поможешь.
** Режим "спорт" в тесле как раз и разрешает приводу загонять двигатель в пусковые перегрузки, завышать поток возбуждения на низких оборотах... Ездить постоянно в режиме "спорт" признак му*ака.
no subject
Date: 2016-11-30 03:00 pm (UTC)Малые обороты с мизером потребления - это только при движении по ровному и равномерно, в данном споре не интересно. Речь шла о возможности работать без потерь мощности как и паровик при разгоне и движении в гору. Ну так вот - на электродвигателе это не так. Предел частотного регулирования ограничен железом (снизу - насыщением, сверху - гистерезисом), больший нагрев обмоток увеличивает их оммическое сопротивление, что приводит к большему падению КПД.
no subject
Date: 2016-11-30 08:16 pm (UTC)no subject
Date: 2016-12-01 07:11 am (UTC)Посмотрите господин практик на амперметр того троллейбуса. И что выходит из строя в основном в троллейбусах/трамваях/метро/электричках. И как оно весело ездит не от розетки, а на батарейках.
no subject
Date: 2016-11-30 08:54 pm (UTC)Предел частотного регулирования ограничен железом (снизу - насыщением, сверху - гистерезисом) Насыщением ограничена перегрузочная способность двигателя, а не минимальная частота (своим утверждением вы опровергаете существование уже построенных приводов). Верхнего предела нет, но есть предел опорного напряжения и когда станет невозможным поддерживать соотношение U/f=const квадратично начнет падать крутящий момент. Посмотреть как работают привода переменного тока можно по видикам про мотор-колесо Дюнова, у Дюнова привод устаревший т.е. сама математика устаревшая, современный векторный привод может больше.
больший нагрев обмоток увеличивает их оммическое сопротивление, что приводит к большему падению КПД. Не приведет т.к. КПД измеряется на номинальной температуре, холодный двигатель будет иметь больший КПД чем заявлено, на сколько? если брать по ранее указанному двигателю: в номинале 92% у холодного будет 94%, огромная разница конечно...
Речь шла о возможности работать без потерь мощности как и паровик... В обсуждении - да, но я комментировал перечисленные вами 4 пункта и последующий уточняющий комментарий, говорящие о том что вы совсем не в теме электропривода, не знаете не сортамента существующих моторов и их параметры, не в современных приводах переменного тока. (Подозреваю что ваша уверенность о том что насыщение ограничивает минимальную частоту идет еще от числоимпульсных приводов, где такая проблема действительно стояла, сейчас не стоит т.к. технология позволила использовать ШИМ на очень высокой частоте и позволила использовать более сложную математику.)
no subject
Date: 2016-12-01 09:01 am (UTC)Я утверждал, что в существующих приводах не подводят околонулевую частоту, это не возможно, а мирятся с падением КПД.
> мотор-колесо Дюнова
ДУюнова. Знатный развод, да :)
> ШИМ на очень высокой частоте
Это совсем не о том, ШИМу приходится работать на высокой частоте, чтобы съэмулировать низкочастотную синусоиду из высокочастотных прямоугольников.