Надувной трамвай и прочее

[kouzdra.livejournal.com]

В продолжение этого поста:

Не все же про Англию писать. Надо и континентальному техноложеству внимание уделить. Тем более, что там есть чему уделять внимание. Итак:

Серия 2: Надувной трамвай




Честно признаюсь - большая часть фоток и фактов взята прекрасной статьи на сайте http://www.tramwayinfo.com, в которой с подробностями более чем достаточными изложена история этого девайса.

Идея двигателя, работающего на сжатом воздухе довольно стара - уже в 1840-е годы помимо экспериментов с тягой на железных дорогах, с подачей воздуха по проложенным вдоль путей трубам конструировались и автономные машины с приводом от сжатого воздуха.

В 1875 году например на постройке Сен-Готардского тоннеля использовался такой вот локомотивчик:



Смысл там в том, что недостроенный тоннель очень плохо вентилируется и использование там паровой машины противопоказано. Но это все-таки специфика, а вот Луи Мекарский сумел сделать и массово весьма внедрить сжатый воздух в наземный городской траспорт - в виде воздухоездящего трамвая. Первый образец трамвая Мекарского:



Успешно прошел испытания в 1876 году и Мекарский получил подряд на трамваизацию Нанта. Первая линия длинной 6 км открылась в 1880 году, парк содержал 22 трамвая, пассажировместимостью около 30 человек - 17 сидячих мест, и стоячие на задней площадке. Прежде чем идти дальше, надо сказать пару слов о одной серьезной довольно технической проблеме, связанной с двигателями, работающими на сжатом воздухе:

Воздух при работе расширяется - и стало быть - его температура падает, причем падает она довольно сильно - вплоть до обмерзания труб. Потому с этим надо что-то делать. Мекарский снабжал трамвай бойлером, заполнявшимся перегретой до 180° водой, каковая использовалась для подогрева воздуха, а заодно бойлер работал и как контроллер (на предыдущих снимках он хорошо виден на передней площадке трамвая):



Нижние два манометра показывают давление в основном и резервном баках (они хорошо видны на фотография - по бокам снизу трамвая), верхний - давление на входе в двигатель, труба слева отводит воздух к двигателю и снабжена краном, который собственно и управляет тягой. Вот и вся наука.

В первой модели воздух хранился под давлением 30 атм, весила эта тележка в пустом виде 6.7 тонн, с полной загрузкой - 9 тонн, средняя скорость на марштуре получалась 9 км/ч - то есть маршрут он проезжал за 40 минут, еще 20 минут уходило на заправку воздухом и подогрев бойлера:


Заправочная станция :)

Расход угля (которым приводились в действие насосы) составлял пять килограмм на километр пути.

Постепенно сеть расширялась и к 1910 году протяженность линий составляла 39 км а парк - 94 машины. Перевозил трамвай за год около 12 млн пассажиров. В моделях постройки после 1898 года давление составляло уже 60 атмосфер.





В 1911 году их начали заменять на электрические и в 1917 году была закрыта последняя линия. От всей роскоши сохранился только один настоящий трамвай:



Помимо Нанта, трамваи Мекарского эксплуатировались в Виши (1895-1927 годы), Ла Рошели (1898-1929), Сент-Квентине (1898-1908), Берне (1889-1901)


Трамвай Мекарского в Виши

И в Париже:

В Париже трамваи Мекарского начали внедряться в 1887 году и к началу 20-го века получили широкое распространение - в 1910 году они перевезли около 50 млн пассажиров. Там они были крупнее - вначале использовались такие вот даблдеккеры:



В 1900 на линии вышли совсем уже монстрики - даблдеккеры с двухэтажным же прицепом:



Последние работали уже с давлением в 80 атмосфер. Расход угля на их зарядку составлял примерно 2 кг на 1 километр - технология заментно усовершенствовалась с 1876 года.

Насосный зал станции в Билланкуре

Работали они неплохо, но в 1914 году были заменены на электрические.

---

В Англии и США были попытки наладить либо эксплуатацию трамваев Мекарского либо свое собственное прозводство, но они все оказались малоуспешными - несколько линий было открыто, но долго не проработала ни одна из них.

Зато в Париже была попытка сделать альтернативу Мекарскому - Виктор Попп и Джеймс Конти в середине 90-х пытались внедрить трамваи своей системы, расчитаные на низкое давление (Попп был создателем и владельцем парижской силовой мневматической сети и попытался сделать трамвай, который бы можно было подзаряжать от его трубопроводов):



Давление составляло 15-20 атмосфер, и трамвай надо было подзаряжать на каждой остановке - максимальный пробег на полной зарядке у него составлял 2 километра. Система не прижилась.

---

Локомотивы на сжатом воздухе применялись и дальше - при строительстве тоннелей, в угольных шахтах:



Шахтный локомотив производства Dickson Locomotive, 1899

Шахтный локомотив производства H K Porter Company, 1911

В последнем наконец сумели решить проблему подогрева воздуха - машина была двойного расширения и после первого цилиндра воздух прогонялся через теплообменник, где нагревался за счет окружающего воздуха, который подсасывался туда эжектором второй ступени.

MDI сейчас пытается делать гибридные и чисто пневматические городские автомобили:



MDI OneFlowAir



MDI AirPod

Но успешность этой затеи непонятна. Хотя - в общем-то почему нет? Все лучше чем с аккумуляторами мучаться.

Comments

[pppfff.livejournal.com]

Если для первого пепелаца в тоннеле все понятно, то пневмотрамвай с угольным бройлером как-то вызывает недоумение.

Пять кило угля на километр - не жирновато подогрева?

[esche-odin.livejournal.com]

5 кило - все расходы, не только подогрев

[pppfff.livejournal.com]

А какие еще, кроме подогрева?

[esche-odin.livejournal.com]

работа компрессоров

[john-jack.livejournal.com]

Это не подогрева, это общие затраты. Читай, "взяли из розетки". Но да, в несколько раз хуже, чем если уголь жечь в хорошей паровой машине самого вагончика.

[pppfff.livejournal.com]

Так какие там еще затраты кроме подогрева, если надо греть воздуховод, чтобы не обмерз, и воздух в кабине, что пассажиры не обмерзли :)

Я погуглил, нашел какие-то формулы для расчета для паровоза, получилось возле тех же 5 кг на километр если считать на 9 тонн, но это включает затраты на движение и там наверняка формулы учета на поддержание "на парах" и "на километраж" исходя из ПАРОВОЗА, а не трамвайчика.

[john-jack.livejournal.com]

Это затраты на СЖАТИЕ воздуха. Который потом будет заправлен в травмайчик. Не на подогрев его. Ты купил пять килограммов угля — вагон проехал километр.

Для хорошей паровой машины расход можно считать 1-2 кг угля на л.с в час.

[pppfff.livejournal.com]

Да, прошу прощения, был не внимателен. Почему-то решил что бойлер на угле на самом трамвай расположен. Еще раз сорри.

[john-jack.livejournal.com]

На самом трамвае действительно расположен бойлер. Но он лишь подогревает воздух, охлаждающийся от расширения, а не доставляет изначальную мощность для работы всего. Идея конечно так себе, но такой трамвай дымит уже лишь как самовар, а не как целый паровоз.
Подогревать можно и просто баком, заправленным кипятком, и об окружающую атмосферу.

[pppfff.livejournal.com]

Я думал что он угольный. Не понял нафига в такой ситуации сжатый воздух, если все равно топка на трамвае есть. А оказалось сам дурак :(

[kouzdra.livejournal.com]

Ну да - чтобы вовсе не замерзло.

Кстати этот момент обычно все забывают - воздух при сжатии нехило нагревается - но вот взять это тепло обратно совсем не просто - там-то просто атмосферу грели.

[john-jack.livejournal.com]

КПД изотермического ( медленного) сжатия-расширения газа единица. КПД адиабатического (быстрого) сжатия-расширения равен [степени сжатия] ^ [показатель адиабаты - 1]. В реальности где-то между ними, ближе к хуже.

Со сжатием проще. Сжимать медленно, сжимать многоступенчато, сжимать с промежуточным охлаждением. Можно даже сжимать с охлаждением впрыском воды прямо в процессе.

[ermiak.livejournal.com]

Ну, имея технологии на 60+ очков, можно было построить очень хорошую паровую машину.

[john-jack.livejournal.com]

Хорошесть паровой машины не от давления зависит.

[ermiak.livejournal.com]

Ну, с давлением можно увеличить удельную мощность и уменьшить размеры.

[john-jack.livejournal.com]

…самой машины. Когда размеры двигательной установки в целом определяются размерами котла, а те — данной нам в ощущениях околоатмосферной плотностью горячих газов.
И то для полного использования высокого давления машину придётся делать сложнее и тяжелее.

[aso.livejournal.com]

Ну вот в данном случае - хорошую паровую машину можно было иметь стационарной, на станции подзарядки.

[john-jack.livejournal.com]

Хорошую паровую машину можно иметь где угодно. А так пришлось иметь тоже нефиговенькие баллоны, и тратить угля в два-три раза больше, чем могли бы. Сжатие и расширение воздуха процесс очень уж неэффективный. В отличие даже от электрических аккумуляторов.

[aso.livejournal.com]

Хорошую паровую машину можно иметь где угодно.

Подвижная паровая машина имеет худшие параметры пара по сравнению со стационарной - как-бы не самый последний советский паровоз, топовый, во всяком случае - имел давление пара 15атм, в то время, как в ТЭС давление пара легко уходит далеко за сотню атмосфер.
При этом стационарные паровые машины могут быть замкнутыми по воде - с конденсатором - и не ограничены размерами и мощностью единичного ТС, а то и вообще млшли быть устроены как турбоагрегаты.

А так пришлось иметь тоже нефиговенькие баллоны, и тратить угля в два-три раза больше, чем могли бы.

В случае паровоза - всё топливо и воду необходимо возить с собой - за счёт того же топлива, открытый цикл паровой машины - атмосферное давление пара на выходе, непосредственное соответствие между движением ТС и режимами работы паровой машины - в то время как стационарная - может работать в режиме, близком к оптимальному.

[john-jack.livejournal.com]

Стационарная паровая машина того времени имела как бы не худшие параметры пара. Потому что большой котёл и взрывается бодрее. Компенсировали конденсатором. В любом случае, от самого по себе давления у паровой машины хорошесть не зависит ну совершенно никак. Это не ДВС, где наоборот давление определяет всё. С "режимом работы паровой машины" на транспорте тоже всё прекрасно, даже лучше чем у стационарной, вынужденной работать постоянно на почти полной мощности. Снова не ДВС, снова обратная зависимость.
Турбоагрегаты тогда только начинались, и даже в лучшие времена были дороговаты для применений меньше электростанции или корабля. Турбину оправдывает полный город трамваев, но это называется "ГОЭЛРО".

>всё топливо и воду необходимо возить с собой

Ага. Если закрыть глаза, отвернуться и немелодично орать "ля-ля-ля", чтобы не видеть баллоны сжатого воздуха. Которые, представьте себе, тоже необходимо возить с собой. Ибо полный трамвай баллонов можно заменить парой лопат угля и ведром воды.
Просто посчитайте энергоёмкость сжатого воздуха. Подсказываю: она мизерная. Но не сразу понятно НАСКОЛЬКО.

[aso.livejournal.com]

Стационарная паровая машина того времени имела как бы не худшие параметры пара.

Шо?
Это какэто?

Потому что большой котёл и взрывается бодрее.

Тележка Коньо вполне бодро взорвалась при небольшом котле.
Стационарный котёл можно поставить там, где его взрыв принесёт минимальный ущерб - и установить его в здании, которое минимизирует ущерб в случае взрыва.
Стационарный котёл - особенно в замкнутой системе - не обязательно делается по схеме "бойлера", он вполне может быть проточным.

Компенсировали конденсатором.

Этокакэто?

В любом случае, от самого по себе давления у паровой машины хорошесть не зависит ну совершенно никак.

Поняша, ты дурак?
Иле термодинамику копытцами протопала?

С "режимом работы паровой машины" на транспорте тоже всё прекрасно, даже лучше чем у стационарной

Да ты шо?
Переходные режимы в паровой машине оптимальнее стационарных?
А у котла, топки - оно как будет?

Турбину оправдывает полный город трамваев, но это называется "ГОЭЛРО".

В описываемом материяле - именно что "полный город".
Паротурбинные установки в начале XX века вполне ставились на корабли.

Ага. Если закрыть глаза, отвернуться и немелодично орать "ля-ля-ля", чтобы не видеть баллоны сжатого воздуха.

Ну вот на одной чаше весов у нас баллоны и пневмомотор, а на другой - бункер с углём, танк с водой, топка и котёл - и пароая машина.

Ибо полный трамвай баллонов можно заменить парой лопат угля и ведром воды.

Неможно - фактор масштаба.
Для паровой машины есть условно-постоянная составляющая.

[john-jack.livejournal.com]

>Стационарный котёл - особенно в замкнутой системе - не обязательно делается по схеме "бойлера", он вполне может быть проточным.

Может, ага. У прямоточного (не "проточного") котла главная проблема — регулирование. В том числе подачи топлива. Большой и недорогой угольный котёл, рассчитанный на лопату с кочегаром, вынужден иметь достаточный объём воды с паром просто чтобы не терять давление с каждым открытием дверцы топки.
Такэто. Стационарный котёл большой и стоит на месте. Делать его излишне прочным не нужно и дорого, в отличие от паровозного и тем более тракторного. С другой стороны, стационарная машина может быть просто больше, ей не надо повышать давление ради удельной мощности.

>Этокакэто?

Просто разберитесь, зачем паровой машине конденсатор. Причины две. Я имею в виду вторую.

>Поняша, ты дурак?
Иле термодинамику копытцами протопала?

Можно поинтересоваться, какие Ваши познания в паровых машинах, исключая русскую википедию и первую страницу гугля?
Вот именно что термодинамику. Хорошесть паровой машины зависит не от давления, срать на давление. Она зависит от температуры. А в случае насыщенного пара — от его мокрости. Писечка в том, что увеличенное давление при прочих равных прямо значит пар менее перегретый или более мокрый.

>Переходные режимы в паровой машине оптимальнее стационарных?

Работа на частичной мощности и короткой отсечке эффективнее чем на полной и длинной.
У котла, топки есть масса. Она усредняет. Дважды в отличие от. Паровой транспорт работает в точности как новонемодные "гибриды".

>Паротурбинные установки в начале XX века вполне ставились на корабли.

Корабли с турбиной на начало XX века вполне стоили как целый город, и мощности имели даже больше.
Целый город это именно целый город, а не один трамвайный маршрут.
И кстаааааати! Турбины того времени работали на давлении ниже даже больших поршневых машин.

>Ну вот на одной чаше весов у нас баллоны и пневмомотор, а на другой - бункер с углём, танк с водой, топка и котёл - и пароая машина.

Слишком немелодично!
На одной чаше весов у нас поршневая машина и ТОННЫ баллонов. На другой та же поршневая машина, лопата угля, ведро воды и котёл размером с самовар.

Условно-постоянная составляющая есть. Но она масштабируется. Миниатюрные паровозики питаются чайными ложечками угля и стаканами воды.
Верно разве что маленький котёл требует регулярного внимания, а пневматический двигатель гораздо проще в управлении. Но в этом жанре ему было достаточно альтернатив уже тогда.

[aso.livejournal.com]

У прямоточного (не "проточного") котла главная проблема — регулирование.

Ты не забыл, что у стационарной машины нет нужды активно регулировать обороты - т.е. ведущим может выступать именно котёл.

Такэто. Стационарный котёл большой и стоит на месте. Делать его излишне прочным не нужно и дорого, в отличие от паровозного

Вот его и не делают.
Кстате, у большого котла - должна быть ниже материалоёмкость на то же количество производимого пара.

С другой стороны, стационарная машина может быть просто больше, ей не надо повышать давление ради удельной мощности.

Давление нужно для КПД.

Просто разберитесь, зачем паровой машине конденсатор. Причины две.

Хоть в лоб, хоть по лбу - причина одна.

Хорошесть паровой машины зависит не от давления, срать на давление. Она зависит от температуры.

Давление и температура в паровой машине связаны однозначно - не газ, чать.
Соотв., предельный КПД по формуле Карно может быть выражен через температуру - или давление.
Так-то!

Работа на частичной мощности и короткой отсечке эффективнее чем на полной и длинной.

Ну пусть и работает на короткой отсечке в стационарном режиме.

У котла, топки есть масса. Она усредняет.

Что там "усредняет"?
Либо топка выдаёт избыток энергии, который накапливается в котле (частично теряясь при этом), пока не пройдёт отсечка по топливу - либо энергии будет недостаток, и топку надо дополнительно раскочегаривать.

>Паротурбинные установки в начале XX века вполне ставились на корабли.

Корабли с турбиной на начало XX века вполне стоили как целый город, и мощности имели даже больше.

Там и турбины были соответствущие.

На одной чаше весов у нас поршневая машина и ТОННЫ баллонов. На другой та же поршневая машина, лопата угля, ведро воды и котёл размером с самовар.

Дасхерали он будет "размером с самовар"?

Условно-постоянная составляющая есть. Но она масштабируется.

Человек не масштабируется - трамвай тоже.

Верно разве что маленький котёл требует регулярного внимания, а пневматический двигатель гораздо проще в управлении.

От'Ымянна!

[john-jack.livejournal.com]

Так всё же, уровень знаний какой? А то по вопросам вы примерно понимаете общее устройство, но не знаете ни принципов, ни фактов.

>у стационарной машины нет нужды активно регулировать обороты

Дважды ерунда. У стационарной машины именно обороты регулируются всегда. Чтобы держать их постоянными при любой нагрузке.
"Котёл ведущим" быть не может. В прямоточном котле необходимо постоянно менять подачу воды и топлива, чтобы иметь на выходе пар заданных температуры и давления. Иначе такой котёл или плюётся кипятком, или взрывается, или игрушечный.

>Что там "усредняет"?

У обычного котла с приличной массой металла и воды есть теплоёмкость. Нужен пар — котёл отдаёт пар за счёт запаса тепла. Не нужен пар — котёл принимает избыток тепла от топки в нагрев воды. Аналогично аккумулятору в гибриде.
Выделение тепла в топке же зависит от тяги. А тяга — от потребления пара. Больше мощности требует машина, больше пара идёт в трубу, сильнее тяга в топке, больше пара даёт котёл. И обратно. У пневматического двигателя же наоборот: больше воздуха требует машина, сильнее остывают трубы и баллон, давление падает, воздуха идёт меньше.

>Давление нужно для КПД.
>Давление и температура в паровой машине связаны однозначно - не газ, чать.
Соотв., предельный КПД по формуле Карно может быть выражен через температуру - или давление.

Начнём с ого, что формула Карно описывает только невозможную машину Карно. И с некоторым натягом ещё стирлинг. Все другие двигатели имеют свои циклы и свои формулы. Их КПД не может быть выше предельного, но очень даже может быть ниже.
На этом можно бы и закончить, но сегодня я добрый. И напомню только что написанное: не существует "однозначного" насыщенного пара. Пар всегда или перегретый, или мокрый. КПД паровой машины считается через отношение работы к разности энтальпии пара, которая как раз учитывает и перегрев, и влажность. Номинальные температура и давление при этом мало важны.
У реальной машины же есть ещё такая хохмочка, как missing quantity. Это когда из котла пар вышел, а в машине до двух третей его профилонило, работать тупо отказалось и вылетело в трубу впустую.

>Ну пусть и работает на короткой отсечке в стационарном режиме.

И Вы готовы оплатить установку машины завышенной в два-три раза мощности? Мощная машина стоит денег. И потому она будет работать на полной мощности. И жрать больше. В отличие от ДВС, у которого полная мощность наоборот самая эффективная.

>Там и турбины были соответствущие.

Соответствующая турбина — большая турбина. Маленькая турбина жрёт много, а крутит плохо.

>Дасхерали он будет "размером с самовар"?

С того, что такому вагончику достаточно паровой машины в полдюжины лошадиных сил, а котла (на ровной местности (а на другой рельсы и не кладут)) на две-три. Про соотношение мощности и размеров котла — см. пункт нулевой данного камента.