Паровые автомобили начала века

Легковые паровые автомобили начала XX века

технические науки

• Яковлев Вадим Фридрихович , кандидат наук, доцент, доцент
• Самарский государственный технический университет

• ЛЕГКОВОЙ АВТОМОБИЛЬ
• ЭЛЕКТРОМОБИЛЬ
• ПАРОВОЙ КОТЕЛ
• ПАРОВАЯ МАШИНА

Похожие материалы

Люди всегда нуждались в дорожных транспортных средствах с механическим двигателем, чтобы не зависеть от физического состояния тягловых животных. Первыми механическими двигателями, успешно применявшимися на практике, были паровые машины, именно их и устанавливали на автомобили в прошлом.

Сведения для составления настоящего обзора собраны в интернете, на сайтах, посвященных старинным автомобилям, например 2, в специальной литературе [4].

Прототипом автомобиля (и паровоза) считается устройство, успешно реализованное французским военным инженером Н.Ж. Кюньо в 1770 году. На рисунке 1 приведена фотография современной действующей копии этого устройства (https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=41891793).

Рисунок 1. Современная копия машины Кюньо

Кюньо проектировал артиллерийский тягач. Концепт-кар имел габариты 7.25х2.3 м, три колеса, грузоподъемность 5 т, скорость 4 км/час, вес 2.8 т. Котел отапливался дровами, загружаемыми на остановке. Тягач не имел тормозов, и испытания в Париже закончились аварией, автомобиль врезался в стену арсенала [5]. В распоряжении Кюньо еще не было технологий, позволяющих создать надежный автомобиль, пригодный для практического применения.

Паровой двигатель и производственные технологии совершенствовались, что позволило начать в 1890-х годах масштабный выпуск паровых автомобилей для коммерческого и личного использования, в основном в США. Наиболее известными производителями паровых автомобилей были Clark (1895 — 1909 гг.), Locomobile (1899 — 1903 гг.), Stanley (1897 — 1924 гг.).

На рисунках 2 — 5 представлены фотографии некогда популярных паровых автомобилей [1, 3], они восстановлены и используются энтузиастами. У пассажиров и водителей этих элегантных автомобилей уже не было необходимости кидать лопатой в топку парового котла каменный уголь или подбрасывать дрова.

Рисунок 2. Stanley 735B 1918 года. Рисунок 3. Doble D2 1922 года. Рисунок 4. White Model G 1907 года Рисунок 5. Brooks Devon 1924 года

На рубеже ХХ века промышленность развитых стран выпускала электромобили, автомобили с двигателями внутреннего сгорания (ДВС), паровые автомобили. В период 1898 — 1905 гг. больше всего выпускалось именно паровых автомобилей, например, в 1902 году из 909 вновь зарегистрированных автомобилей в США 485 были паровыми [2]. Только Stanley в 1898 -1906 гг. имел ежегодный объем продаж больший, чем все производители автомобилей с ДВС вместе взятые [1]. С 1906 года лидерами продаж стали электромобили, оттеснив паровые автомобили на второе место.

На рисунке 6 показана упрощенная схема автомобильной силовой установки с паровым двигателем двойного действия. Описание принципа её действия иллюстрируется фотографиями соответствующих узлов широко распространенных автомобилей Stanley [1].

Рисунок 6. Упрощенная схема парового двигателя автомобиля: 1 — водяная помпа, 2 — котел, 3 — дроссель, 4 — педаль газа, 5 — цилиндры, 6 — золотниковый механизм, 7 — кривошипно-шатунный механизм, 8 — конденсатор.

Помпа 1 подает воду в парогенератор (котел) 2. На паровых автомобилях использовались дымогарные котлы с вертикальным расположением нагревательных трубок, по которым проходят раскаленные продукты сгорания топлива, нагревая и испаряя воду (Рис.7). Похожую конструкцию имеет всем знакомый самовар.

Рисунок 7. Паровой котел

Рабочее давление пара в котле автомобиля 28 — 42 кГ/см 2 . Для сравнения: на паровозах нормального давления, например, наиболее распространенных в России серии «О», пар имеет давление до 22 кГ/см 2 , на паровозах повышенного давления — 22-60 кГ/см 2 [6]. Котел расположен под капотом, на 20-ти сильном автомобиле Stanley 735B его диаметр 58.8 см, высота 46.0 см, внутри 750 нагревательных трубок.

На фотографии одного из автомобилей Stanley (Рис.8) виден котел 1, закрытый капотом. Под котлом расположен керосиновый нагреватель 2.

Рисунок 8. Котел с нагревателем на одном из Stanley: 1 — котел, 2 — нагреватель, 3 — сопла основного нагревателя, 4 — паровой двигатель, 5 — шторка фитиля.

Для запуска подогревателя водитель должен отодвинуть защитную шторку 5 и зажечь спичкой в специальном отверстии на нагревателе керосиновый фитиль (как на старых газовых колонках). Фитиль нагревает подаваемый в сопла 3 основного нагревателя керосин до парообразного состояния. На некоторых моделях паровых автомобилей розжиг производился электрически, кнопкой из салона.

Нужно некоторое время, чтобы прогреть силовую установку парового автомобиля. Паровоз с холодной топкой будет готов к поездке не ранее, чем через 5 часов (это называется заправка паровоза [6]). Котел парового автомобиля менее инерционен, для большинства моделей его разогрев занимает от 20 минут до часа. Некоторые производители автомобилей, например, Doble [3], использовали флэш-котлы. Во флэш-котле вода подается и испаряется в спиральном змеевике, размещенном в потоке раскаленных продуктов сгорания топлива. Такие котлы разогреваются за полторы минуты. При низкой тепловой инерционности они требуют тщательного контроля давления и температуры пара, что было затруднительно при доступных в то время технологиях. Флэш-котлы были малонадежны и редко встречались на автомобилях.

Водитель, нажимая на педаль газа 4, на некоторых моделях это ручка на рулевой колонке, управляет количеством пара, подаваемого в цилиндры двигателя 5, с помощью дросселя-клапана 3 (Рис.6).

Рисунок 9. Двигатель Stanley 735B: 1 — цилиндры, 2 — впускной патрубок, 3 — золотниковый механизм, 4 — коленчатый вал с маховиком, 5 — опорная плита, 6 — выпускной патрубок

Паровой двигатель 4 (Рис.8) размещается вблизи ведущих задних колес. На рисунке 9 этот двигатель представлен без защитного кожуха. Пар в цилиндры 1 подается от котла через впускной патрубок 2. Золотниковый механизм 3 управляет впуском и выпуском пара в полости цилиндров. Паровая машина двойного действия, поэтому оба хода поршней — рабочие, их возвратно-поступательное перемещение преобразуется кривошипно-шатунным механизмом (Рис.6, 7) во вращательное движение коленчатого вала 4 и колес. Все блоки двигателя и кожух смонтированы на опорной плите 5.

Отработанный пар через выпускной патрубок (Рис.9, 6) подается в конденсатор (Рис.6, 8), где остывает, конденсируется и помпой подается снова в котел. Конструктивно конденсатор близок автомобильному радиатору. Часть пара безвозвратно уходит в атмосферу, расход воды при этом составляет 23 — 30 л на 100 км пути. Ранние модели паровых автомобилей, такие как на рисунке 8, не оснащались конденсаторами и имели расход воды 117 — 235 л на 100 км пути.

Паровые машины широко применялись на автомобилях на рубеже ХХ века, т.к. обладали преимуществами по отношению к тогдашним двигателям внутреннего сгорания и электромоторам с точки зрения их применения на транспорте.

Паровая машина не нуждается в стартере. Сегодня на автомобилях с ДВС имеется система пуска: стартер, аккумуляторная батарея, коммутационная аппаратура. До 1912 года, пока автомобили с ДВС не начали комплектовать электростартером, пуск двигателя был проблемой. При прокрутке коленчатого вала пусковой рукояткой в случае обратной вспышки можно было получить травму вплоть до перелома руки или челюсти. На первом крупносерийном автомобиле конвейерной сборки Ford T в качестве безопасного варианта пуска двигателя предлагалось прокручивать поднятое домкратом заднее ведущее колесо [7].

В двигателе внутреннего сгорания рабочим является один ход поршня из четырех. В паровой машине двойного действия каждый ход поршня рабочий, поэтому двухцилиндровый паровой двигатель имеет такую же равномерность вращения коленчатого вала, как 8-ми цилиндровый ДВС.

Паровой двигатель обеспечивает необходимый для трогания автомобиля момент на валу при низких оборотах, легко останавливается и запускается водителем, поддерживает старт-стопный режим, нет необходимости использовать коробку передач, сцепление и глушитель.

Автомобиль, независимо от типа двигателя, расходует энергию, полученную извне. В топках паровых автомобилей сжигался керосин, недорогой и доступный, т.к. использовался в любом населенном пункте для освещения и на кухне. Сети заправочных станций для ДВС тогда ещё не было. Аккумуляторные батареи электромобилей заряжались в те годы от электромашинных преобразователей переменного напряжения в постоянное, т.е. двигатель переменного тока подключался к коммунальным электросетям и вращал якорь генератора постоянного тока. Полупроводниковых выпрямителей тогда не было.

В таблице 1 для сравнения приведены технические характеристики двух наиболее продаваемых в своих классах автомобилей на рубеже ХХ века: парового Stanley 735B [1] и бензинового Ford T [7].

Таблица 1. Технические характеристики Stanley 735B и Ford T

Источник статьи: http://novainfo.ru/article/14251

Паровые автомобили — что и как это было

Статья о паровых автомобилях: история создания, интересные модели и их описание, характеристики, фото. В конце статьи — видео про парковой трайк.

Однако человечество за свою историю знало и иные источники энергии — например, паровые двигатели, которые применялись в некоторых типах машин.

Пар как двигатель прогресса

Вехи создания паровых машин:

Первый паровой двигатель в истории был придуман и реализован инженером Героном Александрийским, жившим две тысячи лет назад в Греции. Он и сам не понял, зачем изобрел игрушку-шар, вращавшуюся вокруг своей оси, приводимую в движение поднимающимся снизу паром. Технология, не найдя применения, канула в небытие на полторы тысячи лет.

Иезуит Фердинанд Вербст построил и подарил китайскому императору (1672) игрушку — крошечный самодвижущийся автомобиль, работающий на пару.

Исаак Ньютон нарисовал чертежи паровой телеги, где за счет котла с соплом и ручного стравливания пара конструкция могла бы перемещаться.

Томас Ньюкмен создал паровой двигатель наподобие современных, только с очень большим котлом, который приспособил в качестве машины по откачиванию грунтовых вод.

Джеймс Уатт довел до ума конструкцию Ньюксмена, приладив к ней конденсатор и зациклил процесс преобразования пара в воду и наоборот. Полученный агрегат он умудрился поставить на раму и опробовать движение, инициируемое паром. Получив патент на изобретение, он сильно умерил пыл других разработчиков сходной идеи.

Николай Жозеф Кюньо, артиллерийский французский инженер, придумал самодвижущуюся повозку на пару для перевозки пушек. Внутри конструкции весом под тонну находился медный цилиндр, который заполнялся паром, после чего происходил впрыск воды, а образующийся вакуум втягивал поршень.

Перемещаться паровая телега могла лишь километр, после чего требовалась «дозаправка» кипящей водой. Зато перевозить на этот километр она могла до двух тонн груза.

Идея командованию понравилась, конструктору дали «добро» и 20 000 франков на доработку идеи. В итоге телега научилась двигаться со скоростью 7 км/ч довольно долго за счет установленной топки под котлом. Этой скорости хватило, чтобы паровая телега совершила первое ДТП, протаранив стену дома из-за поймавшего «клина» колеса. Французская «бабушка» парового автомобиля нынче хранится в музее.

Сильвестр Роупер создал первый прообраз мотоцикла – паровой велосипед. Соседи пытались воззвать к стражам порядка, такой шум производил созданный изобретателем велосипед – но увы, законов, запрещающих кататься на двух колесах, еще не было!

Ричард Тревитик, а позже доработавший идею Вальтер Хэнкок, стали создателями парового омнибуса — коммерческого транспорта, способного проезжать до 32 километров.

Казимир Янкевич из России тоже пытался создать машину на пару и даже придумал «быстрокат», который мог функционировать как на угле, так и на воде. Увы, проект не был реализован.

Первые паромобили

В самом начале 1906 года водитель Фред Мариотт, управляя паромобилем, построенном на производстве, принадлежащем «Братьям Стенлей» и пророчески названом «Ракета», впервые в истории сумел разогнаться до 205 км/ч.

Это звучало триумфально! Ведь машина, движимая паром, обгоняла все транспортные средства, включая самолеты. Зафиксировав очередной скоростной рекорд в 240 км/ч гонщик разбился насмерть.

Уже начало ХХ века ознаменовано было тем, что на дорогах уверенно ездили паровые автомобили, преимущественно грузовые. Они от первых автомобилей на бензине отличались рядом факторов:

• долговечностью;
• надежностью;
• всеядностью (работать могли на любом горючем топливе от угля до соломы).

Паровые машины отличались малым скоростным режимом (не более 50 км/ч) — им надо было постоянно иметь в запасе большой объем воды, а отработанный пар постоянно уходил в атмосферу. Паровые автомобили широко использовались в Европе до начала 1940-х годов, а в Бразилии их выпуск велся серийно даже спустя десятилетие.

У паровичков были существенные минусы:

• твердое топливо на выходе превращалось в большую кучу золы;
• выхлопы и дым содержал в высоких концентрациях серу и копоть;
• растопка твердотопливного котла была длительной, занимая не менее пары часов. Кому-то в голову пришла мысль отапливать дома, оставляя паровые машины подключенными на ночь к системе отопления. Если он работал ночь напролет, то паромобиль не надо было раскочегаривать по новой — ему хватало 15 минут для возможности вновь продолжить движение.

«Спиртомобиль»

Инженерам казалось, что двигатель внутреннего сгорания непригоден для транспорта. Он глохнет, если его притормозить, и его нельзя запустить после размыкания трансмиссии.

Двигатель внутреннего сгорания также не способен был развить тягу в различном скоростном диапазоне, он не запускался без «костыля» в виде трансмиссии.

Машина, запускаемая паром, казалось, сама мимикрирует под любое изменение дорожной ситуации. Растущее сопротивление приводило к тому, что двигатель замедлял вращение, увеличивая параллельно крутящий момент. Когда сопротивление уменьшалось, вращение – увеличивалось. Поэтому создатели паромобилей всячески боролись за создание компактного парогенератора, способного двигать машину без участия дополнительных приспособлений в виде сцепления и коробки передач.

Люди выяснили, что сгорающее топливо в цилиндре ДВС выбрасывает в атмосферу много токсичного вещества. Небольшой автомобиль с бензиновым двигателем способен в течение часа работы выработать столько вредных субстанций, что если бы небольшое пространство вокруг него было бы замкнуто, это привело бы к смерти находящихся рядом людей.

Парогенераторная горелка менее токсична на выходе — топливо сгорает при неизменяемых показателях, способствуя полноценному завершению реакций.

Важный фактор экономичности машины заключается в количестве потребляемого топлива. Так, американская «звезда» на паровой тяге «Добль-Беслер», собранная в середине 1920-х годов, имела массу в 2 с хвостиком тонны. При этом расход топлива составлял 18 литров на сотню километров. Для своего времени это был очень хороший показатель — более того, он оставался эталонным почти сорок лет.

Парогенераторная горелка перерабатывала жидкость в любом виде. Паромобиль продолжал движение на керосине и спирте, работал на бензине, мазуте, даже на растительном масле. И это было вовсе не попыткой удешевить процесс заправки — просто машины типа «Добль» были всеядны, но доступны лишь миллионерам.

От самогонного аппарата – к четырехколесному агрегату

Парогенератор являлся самым главным элементом машины на пару. Разработку удалось воплотить детройтским инженерам, братьями Добль. Они последовательно соединили десять плоских змеевиков, помещенных в корпус из стали, охлаждаемый водой.

Прохладная жидкость накачивалась в расположенные вокруг выдерживающего высокие температуры корпуса охлаждающие трубы, где происходил ее подогрев. Это сводило к минимуму теплопотерю. После чего жидкость наполняла змеевики, чтобы, закипев, стать паром с температурой 4,5 тысячи градусов по Цельсию и давлением в 120 атмосфер.

Братья Добль стремились к увеличению температуры, а также давления, что в совокупности повышало КПД. Инженерам удалось сделать парогенератор довольно легким и незатратным.

Сдвоенные цилиндры перерабатывали пар. Сначала он нагнетался в верхушку меньшего диаметра, где, расширившись, вырабатывал энергию. Затем он «переходил» в больший цилиндр, в его нижнюю часть, осуществляя дополнительную работу.

Два этапа расширения оказывались крайне полезными, когда машина ездила по улицам. Во время начала движения и при разгоне поступали значительные объемы пара, но, когда необходимости в максимальной энергоотдаче не было, они расширялись единожды.

Отработавшие пары передавали охлажденной жидкости, стремящейся в парогенератор, тепло. В жидкое состояние пар возвращался лишь в конденсаторе. Влага в парогенератор поступала порционно, ровно столько, чтобы паровая машина могла сделать один-два движения поршня. Поэтому по факту парогенератор вмещал в себя небольшое количество воды, что делало его безопасным для взрыва.

Если трубка рвалась, пар попадал в топку, отключая горелку. И даже такой случай произошел всего единожды, когда машина вдруг перестала заводиться после двух сотен километров пробега. Ремонт и замена вышедшего из строя змеевика заняли ровно один час.

«Добль» миллионеров

Незадолго до развязывания Германией войны в Европе на нынешнем ЗИЛе, носившем тогда название Московского автозавода имени Сталина, решили выпускать эксклюзивную модель автомобиля.

Кузов красавца украшало красное дерево. Он стоял на хромоникелевых стальных шасси, произведенных фирмой «Паккард». За образец советские конструкторы взяли паромобиль «Добль», собранный в 1924 году американской компанией «Беслер».

Управлять скоростью можно было при помощи педали, подающей пар. Время от времени требовалось лишь сменять фазу прекращения впуска в цилиндр пара. После включения зажигания автомобилю требовалось 45 секунд, чтобы начать движение. Еще пара минут, и машину можно было ускорить до 150 км/ч.

Паромобиль двигался ровно и тихо. Он пришелся ко двору советской элиты, его испытания продолжились уже после заключения мира с Германией. Один из принимающих участие в разработке советской версии «Добля», А.Н.Малинин, отвечал за испытания образца.

Для определенных тестов используются в автопромышленности стенды для испытаний с беговыми барабанами. Автомобиль загоняется на стенд так, чтобы ведущие колеса оказывались строго на барабанах. В итоге они крутятся, заставляя вертеться колеса и имитируя езду по дороге. При этом машина стоит с работающим двигателем.

Когда инженер-испытатель Малинин и огромный авторитет в теоретической автомобилестроительной области профессор Чудаков сели в машину, последний нажал кнопки и затих. Минут через пять Малинин не выдержал: «Не пора ли заводиться?». На что профессор ответил: «Мы уже давно едем, на спидометре 20 километров». Скорость была вполне приличная, но, чтобы ухо уловило хоть какой-то звук работы парогенератора, надо было вплотную прижиматься в выхлопной трубе.

Семидесяти литров воды с избытком хватало на полтысячи километров пробега, а проблемы, требующие выпуска пара, случались крайне редко. Поэтому в автомобиле, в котором все детали были четко и точно подогнаны друг к другу, ничего не шумело.

Участь паровых машин

Если паромобили были столь удобны и хороши, почему же именно автомобили с ДВС сумели занять нишу в автомобильной среде?

Дело в том, что двигатель на пару имел весьма сложную автоматику и множество всяческих дополняющих друг друга агрегатов. При этом его изготовление выходило дороже, а КПД он выдавал меньший.

Еще одним минусом стал его большой размер, в частности – бак с запасом воды. Про экологичность тогда еще никто не задумывался, в итоге паровая машина оказалась постепенно вытеснена с рынка более дешевыми автомобилями с ДВС.

День сегодняшний

Вытесненные с рынка, паромобили нет-нет да и будоражат умы инженеров. В 2009 году на треке болид на пару Inspiration, хищный и обтекаемый, сумел установить новый рекорд машин на паровой тяге – 225 км/ч.

Мощность болида составляла 360 л.с., а движение запускалось двумя турбинами с давлением в 40 бар, которые нагнетали 12 современных бойлеров.

Остается открытым вопрос – на чем бы мы колесили сегодня, озаботься человечество проблемой сохранения окружающей среды на полсотни лет раньше?

Видео про парковой трайк:

Источник статьи: http://fastmb.ru/autonews/autonews_mir/3722-parovye-avtomobili-chto-i-kak-eto-bylo.html