Мангал на колесах: Автомобиль на угле
Электромобили, вовсю размахивающие зеленым флагом экологии, потребляют электричество, выработанное путем сжигания угля в теплоэлектростанциях. Не честнее ли сразу бросать уголь в бак?
Item 1 of 5
1 / 5
Адепты электрического привода для автомобилей в спорах со скептиками на первый план выдвигают экологические аргументы. Другой их козырь — освобождение от нефтяной зависимости и подготовка цивилизации к существованию без нефти. Скептики же задают энтузиастам электричества резонный вопрос — откуда возьмется электроэнергия для зарядки десятков миллионов аккумуляторов? Солнце? Ветер и гидроэнергетика? Возможно, но их развитие находится еще в начальной стадии и потребует колоссальных сдвигов в технологической области.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
От дизеля к турбине
Идея о применении угля в качестве моторного топлива возникла еще в XIX веке. Ее автором был знаменитый немецкий изобретатель Рудольф Дизель. Мало кто это знает, но дизельный двигатель создавался им специально под уголь, точнее — под угольную пыль. Разработку теоретической термодинамики дизеля и постройку действующего прототипа финансировали угольные магнаты Германии, искавшие альтернативу завозной нефти.
Угольная пыль должна была вводиться в камеру сгорания вместе с воздухом и самовозгораться при сжатии смеси.
В 1893 году Дизелю удалось построить действующую модель двигателя, но во время испытаний тот взорвался. Сам изобретатель чудом избежал смерти и в дальнейшем наотрез отказался от использования угольной топливовоздушной смеси. Тем не менее опыты и исследования в области поршневых двигателей на твердом топливе продолжались. Известный немецкий инженер Рудольф Павликовский создал несколько модификаций двигателя внутреннего сгорания на угольной пыли, но все они страдали из-за высокого абразивного износа трущихся поверхностей, проблем с подачей топлива в камеру сгорания и громоздкой системы смазки. В итоге сделать надежный поршневой ДВС на доступном и недорогом угле так и не удалось.
В первой половине ХХ века уголь все-таки стал источником моторного топлива. В Германии была разработана технология производства синтетического бензина из каменного угля по методу Фишера-Тропша.
Во время Второй мировой войны Третий рейх таким образом компенсировал львиную долю необходимой ему нефти. После окончания войны мировые нефтяные ресурсы значительно выросли, и дешевое топливо хлынуло на рынок. Но идея двигателя на угле не умерла, а была отложена в долгий ящик. Ящик пришлось открыть в середине 1970-х годов, и сделала это американская корпорация General Motors.
В те времена в недрах многих крупных автомобильных компаний разрабатывался целый ряд проектов, так или иначе связанных с адаптацией газотурбинных двигателей к легковым автомобилям. Руководство General Motors было уверено, что запасы нефти в мире иссякнут уже в начале XXI века, и усиленно работало над различными альтернативными силовыми установками. Кроме того, в дело все чаще вмешивалась политика: зависимость от короткого нефтяного поводка раздражала американцев. Чем Америка могла заменить ближневосточную нефть? Только собственным углем, разведанные запасы которого составляют колоссальные 500 млрд тонн. Да и удельная энергоемкость твердого черного золота из расчета количества джоулей на доллар затрат всегда была выше, чем у ископаемых углеводородов.
Синтез бензина по методу Фишера-Тропша сразу был отвергнут из-за своей нерентабельности. Вот тут-то и пригодился опыт инженеров General Motors в области газотурбинных двигателей.
Всеядная турбина, в отличие от традиционного ДВС, вполне успешно могла превращать тепловую энергию твердого угля в кинетическую. Сам двигатель несложен конструктивно, легок и компактен. Но все это были лишь теоретические предпосылки. Осуществить невероятный проект угольного автомобиля было поручено команде Альберта Белла, крупнейшего специалиста по автомобильным ГТД, ранее работавшего в Chrysler вместе с Джорджем Хюбнером, создателем культового Chrysler Turbine Car. И Белл сумел это сделать. В 1978 году он представил руководству GM полноразмерный седан Cadillac Eldorado, оснащенный вместо родной четырехлитровой бензиновой «восьмерки» компактным газотурбинным мотором, работавшим на угле.
Несладкая пудра
Двигатель Eldorado действительно сжигал уголь, но, конечно же, не в виде булыжников или брикетов.
Топливом для него служила угольная пудра. Инженеры из команды Белла спроектировали для ее получения специальную мельницу. Помол был настолько мелким, что, по словам одного из участников проекта, Пола Ульриха, рассыпанная пудра могла часами висеть в воздухе в виде тумана. Главной задачей команды Белла было создание системы питания силовой установки. Остальные компоненты малосерийного ГТД компании Detroit Diesel Allison практически не нуждались в модернизации. Руководство корпорации настаивало на использовании максимально возможного количества стандартных узлов и деталей в конструкции угольного мотора, и это серьезно замедлило процесс разработки.
Угольная пудра под воздействием вибрации быстро слипалась в крупные комки и твердела. Поэтому топливный бак, вернее, угольный контейнер, был оборудован компактным перемешивающим устройством. С этой задачей инженеры справились довольно быстро. А вот приготовление оптимальной топливовоздушной смеси и механизм ее дозированной подачи в камеру сгорания ГТД дались разработчикам куда тяжелее.
Из пяти лет работы над проектом три с половиной года команда Белла занималась исключительно этим. В итоге им все-таки удалось придумать и создать хитроумное приспособление, напоминающее с виду транспортерную ленту.
В нижнюю часть топливного контейнера, располагавшегося непосредственно под капотом, был интегрирован специальный узел — газификатор, в котором угольная пудра смешивалась с поступающим под большим давлением атмосферным воздухом из компрессора. Это был функциональный аналог обычного карбюратора. Проникновению воздуха в контейнер препятствовал электромагнитный клапан. Уголь подавался в газификатор по транспортеру отдельными маленькими порциями, но с очень большой частотой, чтобы сделать смесь максимально однородной. Нажатие на педаль акселератора вызывало ускорение движения ленты и увеличение подачи воздуха. Готовая смесь поступала через сопло инжектора в камеру сгорания ГТД, где и происходило зажигание.
Быстро едет, да долго запрягает
Eldorado был оснащен пусковым дизелем, который автоматически выключался в момент поступления топливовоздушной смеси в камеру сгорания ГТД.
Двигатель Белла даже на холостом ходу выдавал ломовой крутящий момент (после понижающего редуктора), но набор оборотов в нем происходил с большой задержкой. Задумчивость, связанная с высокими оборотами турбины и, следовательно, значительной ее инерцией, — это характерная черта всех ГТД, а в угольном варианте она проявлялась особенно сильно. Твердые микрочастицы пудры медленнее смешивались с воздухом, да и сам процесс подачи угля в газификатор был не таким быстрым, как впрыск жидкого топлива.
Еще одна общая проблема адаптации ГТД к автотранспорту — высокие рабочие обороты силовой турбины. На холостом ходу она вращается со скоростью 35 000 об/мин. Средний диапазон работы под нагрузкой — 45 000−65 000 об/мин. В экстремальных режимах турбина выдерживает до 90 000 оборотов. Традиционные ДВС работают в 15 раз медленнее. Поэтому в конструкции газотурбинного двигателя Eldorado установили промежуточный понижающий редуктор. Поток крутящего момента от него передавался на стандартную трехступенчатую автоматическую трансмиссию, далее — на карданный вал и неразрезной задний мост.
На средних и высоких оборотах мотор работал достаточно экономично, но на низких был ужасно прожорлив.
По словам еще одного участника проекта Eldorado, Джона Шульта, звук работающего двигателя был не похож ни на что другое. Запускался он с характерным тракторным постукиванием пускового дизеля, которое переходило в негромкий свист турбины. В общий хор вмешивались высокочастотный звук работы миксера в топливном контейнере и шипение воздушного компрессора. На ходу автомобиль был довольно быстр, но требовал привыкания к слишком медленным откликам на подачу газа. Большой проблемой была заправка топлива в контейнер. Чрезвычайно летучая угольная пудра повисала в воздухе, покрывала руки, лицо и одежду, а отмыть ее было очень непросто. Шульт вспоминает, что весь персонал лаборатории в дни проведения стендовых испытаний напоминал бригаду шахтеров после смены.
Когда параметры топливной системы угольного Eldorado были отработаны, команда Альберта Белла оснастила аналогичной силовой установкой еще один автомобиль — Oldsmobile Delta 88.
В 1981 году обе модели были показаны журналистам. На презентации вице-президент General Motors Ховард Керл заявил, что в XXI веке большинство автомобилей в Америке будет оснащаться газотурбинными двигателями на дешевой угольной пудре. Пророк из Керла оказался неважный.
На задворках истории
Практически сразу после помпезной презентации финансирование проекта было заморожено. Технология ГТД на угле была неплохо отработана, но руководство корпорации признало ее слишком экзотической, чтобы запустить в производство. По словам Ульриха и Шульта, газотурбинный проект в начале 1990-х был передан компании Detroit Diesel Allison. Новое руководство General Motors увлеклось идеей топливных ячеек и электромобиля на батареях, а от угольного проекта отмахнулось. Сейчас, 30 лет спустя, Пол Ульрих утверждает, что газотурбинный мотор на твердом угле создать несложно, да только сейчас он уже никому не нужен.
К сожалению, от этого невероятного проекта не осталось ничего. Следы газотурбинного Oldsmobile Delta 88 затерялись на испытательном полигоне GM в Милфорде.
Что же касается того первого угольного Cadillac Eldorado, то он был передан Allison вместе с документацией, и его дальнейшая судьба неизвестна.
3DNews Технологии и рынок IT. Новости окружающая среда Китай испытал детонационный гиперзвуково… Самое интересное в обзорах 20.09.2022 [13:16], Геннадий Детинич В серии экспериментов китайские учёные показали работу двигателя для гиперзвуковых воздушных судов, топливом для которых названы пары этилена в смеси с угольным порошком. На старте выхлоп из дюз такого двигателя похож на дым из трубы паровоза, но в целом такое топливо будет на 20 % эффективнее и чище альтернативных смесей. Источник изображения: SCMP Впервые использовать угольный порошок для ракетных детонационных «взрывных» двигателей предложили около десяти лет назад российские учёные. В экспериментах физики Нанкинского университета науки и технологий показали, что скорость ударной волны в двигателе на угольном порошке и парах этилена достигает скорости 2 тыс. м/с, что в шесть раз больше скорости звука. Что важно, исследователи проводили запуск прототипа двигателя в широком диапазоне температур в условиях недостатка и избытка кислорода. Во всех случаях прототип показал устойчивые запуск и детонационные серии. Это означает, что данный тип двигателя и топливной смеси будут пригодными для полётов на разных скоростях и высотах. Например, гиперзвуковой самолёт с таким двигателем сможет совершать взлёт и посадку на обычных аэродромах на низких скоростях, что невозможно или сложнореализуемо для других типов гиперзвуковых двигателей. Запуск гиперзвукового двигателя на угольном порошке. Источник изображения: Nanjing University of Science and TechnologyЭта же команда учёных в мае этого года сообщила о разработке детонационного гиперзвукового двигателя на керосине и этилене — тоже эффективном и дружественном к окружающей среде топливе. Другая группа китайских специалистов разрабатывает гиперзвуковые двигатели на аммиаке с возможностью полётов на скорости до 10 Махов. Также у китайцев в разработке бор, который позволит гиперзвуковым летательным аппаратам двигаться не только в воздухе, но и даже под водой. Это позволяет констатировать, что Китай, как и Россия, в первом приближении освоил разработку гиперзвуковых двигателей, но останавливаться на достигнутом не собирается. Источник: Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER. Материалы по теме Постоянный URL: https://3dnews. Рубрики: Новости Hardware, на острие науки, космос, окружающая среда, Теги: гиперзвук, китайские ученые ← В прошлое В будущее → |
Правда, специалисты РАН в качестве основы для топлива рекомендовали использовать жидкий водород. Но жидкий водород — это сложная система бортового хранения и транспорта топлива, охлаждённого до сверхнизких температур. Поэтому китайцы пошли дальше, и перешли на этилен, точнее его пары, которые тоже подходят для зажигания топлива и запуска непрерывной серии его детонаций. Это позволило сильно упростить топливную систему.
Паровой двигатель | Определение, история, влияние и факты
паровой двигатель
Посмотреть все СМИ
- Ключевые люди:
- Роберт Фултон Джеймс Ватт Оливер Эванс Ричард Тревитик Джордж Стефенсон
- Похожие темы:
- кочегар составной двигатель паровая машина Ньюкомена паровая машина ватт отдельный конденсатор
Просмотреть все связанные материалы →
паровой двигатель , машина, использующая силу пара для выполнения механической работы за счет тепла.
Далее следует краткое описание паровых двигателей.
Для полного описания энергии и производства пара, а также паровых двигателей и турбин, см. Преобразование энергии: Паровые двигатели .
Викторина «Британника»
Изобретатели и изобретения
В паровой машине горячий пар, обычно подаваемый котлом, расширяется под давлением, и часть тепловой энергии превращается в работу. Остальному теплу можно позволить уйти, или, для максимальной эффективности двигателя, пар можно сконденсировать в отдельном аппарате, конденсаторе, при сравнительно низких температуре и давлении. Для достижения высокой эффективности пар должен проходить через широкий диапазон температур в результате его расширения в двигателе. Наиболее эффективная работа, т. е. наибольшая производительность по отношению к подведенному теплу, обеспечивается за счет использования низкой температуры конденсатора и высокого давления в котле. Пар можно дополнительно нагреть, пропустив его через пароперегреватель на пути от котла к двигателю.
В паровом двигателе поршневого и цилиндрового типа пар под давлением подается в цилиндр с помощью клапанного механизма. Когда пар расширяется, он толкает поршень, который обычно соединен с кривошипом на маховике для создания вращательного движения. В двигателе двойного действия пар из котла поступает попеременно к каждой стороне поршня. В простой паровой машине расширение пара происходит только в одном цилиндре, тогда как в составной машине имеется два или более цилиндров увеличивающегося размера для большего расширения пара и повышения эффективности; первый и самый маленький поршень приводится в действие начальным паром высокого давления, а второй — паром более низкого давления, выходящим из первого.
В паровой турбине пар выбрасывается с высокой скоростью через сопла, а затем проходит через ряд неподвижных и движущихся лопастей, заставляя ротор двигаться с высокой скоростью.
Паровые турбины более компактны и обычно допускают более высокие температуры и большую степень расширения, чем поршневые паровые двигатели. Турбина является универсальным средством, используемым для выработки большого количества электроэнергии с помощью пара.
Джеймс Уатт: паровой двигатель
Посмотреть все видео к этой статье Первыми паровыми двигателями были научные новинки Героя Александрийского в 1 веке н.э., такие как эолипил, но только в 17 веке были предприняты попытки использовать пар для практических целей. В 1698 году Томас Савери запатентовал насос с ручными клапанами для подъема воды из шахт за счет всасывания, создаваемого конденсирующимся паром. Примерно в 1712 году другой англичанин, Томас Ньюкомен, разработал более эффективную паровую машину с поршнем, отделяющим конденсирующийся пар от воды. В 1765 году Джеймс Уатт значительно усовершенствовал двигатель Ньюкомена, добавив отдельный конденсатор, чтобы избежать нагрева и охлаждения цилиндра при каждом такте.
Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подписаться Громоздкий паровой вагон для дорог был построен во Франции Николасом-Жозефом Кюньо еще в 1769 году. Ричард Тревитик в Англии первым использовал паровой вагон на железной дороге; в 1803 году он построил паровоз, который в феврале 1804 года совершил успешный пробег по маршруту конки в Уэльсе. Адаптация паровой машины к железным дорогам стала коммерчески успешной с 9-го века.0025 Rocket английского инженера Джорджа Стефенсона в 1829 году. Первым реальным пароходом был буксир Charlotte Dundas, , построенный Уильямом Саймингтоном и опробованный в канале Форт и Клайд, Шотландия, в 1802 году. Роберт Фултон применил паровой двигатель к пассажиру.
лодка в Соединенных Штатах в 1807 году.
Хотя паровая машина уступила место двигателю внутреннего сгорания в качестве средства движения транспортных средств, интерес к ней возродился во второй половине 20-го века из-за растущих проблем загрязнения воздуха, вызванных сжигание ископаемого топлива в двигателях внутреннего сгорания.
Редакторы Британской энциклопедии Эта статья была недавно пересмотрена и обновлена Адамом Августином.
Паровой двигатель, промышленная революция и уголь — Уголь
Ранние коренные жители превращают уголь, найденный в пластах в предгорьях и горных районах, в чучела.
Большинство чучел изображают бизонов, обычно коров, с высунутыми языками, что указывает на то, что они бегут или рожают. Все экземпляры пострадали от вспашки, но по-прежнему представляют собой замечательные и точные анатомические копии бизонов.
Источник: Королевский музей Альберты
Наличие угля в Альберте впервые зафиксировано европейским исследователем.
В статье Питера Фидлера от 12 февраля 1793 года «Журнал путешествия по земле от Букингемского дома до Скалистых гор в 1792 и 3 годах» Фидлер описывает свое открытие угля.
Источник: Архив компании Гудзонова залива, Архив Манитобы, E.3-2 fo.30
Первая коммерческая угольная шахта начала работу недалеко от современного Летбриджа, Альберта.
Шахта Николаса Шерана, 1881 г.
Источник: Glenbow Archives, NA-1948-2
Первый крупный коммерческий рудник начинает работу в Альберте.
Вход в шахту Галт Дрифт № 1 в 1885 году недалеко от современного Летбриджа; Сэр Александр Галт основывает шахту, чтобы разрабатывать богатые запасы угля в регионе. В том же году Галт основывает Северо-Западную угольную и навигационную компанию для поставок угля Канадско-Тихоокеанской железной дороге.
Источник: Архивы Гленбоу, NA-3188-43
Начало добычи угля в районе Кроуснест-Пасс в Альберте.
Вид на Международную угольную и коксовую компанию в Коулмане на перевале Кроуснест, ок. 1912 г., через одиннадцать лет после начала производства; в регионе добывается большой объем промышленного энергетического угля.
Источник: Изображение предоставлено Peel’s Prairie Provinces, цифровой инициативой библиотек Университета Альберты, PC003325
Шахты Coal Branch открыты к юго-западу от Эдсона, Альберта.
Станция Маунтин-Парк, Маунтин-Парк, Альберта, ок. 1920-1923 гг.; Мелкая добыча полезных ископаемых началась в Угольном отделении примерно в 1909 году, но после 1910 года появление железной дороги открыло регион для крупномасштабной добычи. Маунтин-Парк, по-видимому, был первым крупным сообществом, которое выросло, и к началу 1920-х годов его население достигло около 330 человек.
Источник: Провинциальный архив Альберты, CL26
Запуск первой крупной коммерческой шахты в Драмхеллере.
Лошади тянут под землей деревянные вагонетки с углем на шахте Ньюкасл в 1914 году, через три года после открытия Ньюкасла в Драмхеллере.
Источник: Провинциальный архив Альберты, A6152
Самая смертоносная авария на угольной шахте в Альберте произошла в Хиллкресте, Альберта.
Первоначальный взрыв газа вызывает более крупный взрыв угольной пыли, убивающий 189 шахтеров. Первоначальная оценка погибших, опубликованная в газете Edmonton Capital 19 июня 1914 года, позже была пересмотрена.
Источник: изображение предоставлено Peel’s Prairie Provinces, цифровой инициативой библиотек Университета Альберты, Ar00113
Стоимость жизни выросла на 65% с начала Первой мировой войны в 1914, способствуя волнениям рабочих в угольной промышленности и усилению профсоюзной активности.
забастовщика из One Big Union (OBU) в Драмхеллере, Альберта, в 1919 году; Профсоюз формируется после выхода рабочих из Объединенной ассоциации горняков. Горняки тянутся к OBU из-за углубляющегося экономического кризиса.
Источник: Архивы Гленбоу, NA-2513-1
Провинция разделена на тридцать два угледобывающих округа, поскольку промышленность широко расширяется.
Рудник Ньюкасл в горнодобывающем районе Драмхеллер после десяти лет расширения, 1921 год; Драмхеллер — один из тридцати двух округов, созданных для облегчения отслеживания событий быстро развивающейся отрасли, проверок и требований к инфраструктуре.
Источник: Провинциальный архив Альберты, A6081
Вторая мировая война начинает возрождать экономику и угольную промышленность Альберты, пришедшие в упадок во время Великой депрессии.
Вид на бурно развивающуюся компанию International Coal and Coke Company Ltd. в Коулмане, ок. 1945 год; Повышенный спрос на энергетический уголь в годы войны привел к увеличению производства в отрасли.
Источник: Архив Гленбоу, NC-54-2930
Открытие крупного нефтяного месторождения в Ледюке, Альберта, предвещает снижение добычи угля в провинции.
22 февраля 1947 года в выпуске The Western Examiner провозглашается открытие нефтяной скважины Imperial Leduc No.1 рождением нового нефтяного месторождения в Альберте. В течение десятилетия после открытия 1947 года многие шахты закрываются, а большинство угольных городов значительно приходят в упадок.
Источник: Архив Гленбоу, NA-789.-80
Крупномасштабная открытая добыча полезных ископаемых начинается в Альберте недалеко от озера Вабамун для подпитки большой тепловой электростанции.
Грузовик большой грузоподъемности, перевозящий уголь на карьере Вабамун рядом с электростанцией ТрансАльта, демонстрирует передовую механизацию, стимулировавшую модернизацию угольной промышленности Альберты в 1960-х годах.
Источник: Провинциальный архив Альберты, gr19.89.0516.1088#1
Последняя шахта в долине реки Эдмонтона закрывается.
Шахта Уайтмуд-Крик в долине реки Эдмонтон в 1968 году; эта операция является последней из угольных шахт Эдмонтона, закрытой в 1970 году. В настоящее время шахта по-прежнему использует лошадей для перевозки угля к ее открытию.
Источник: Архив города Эдмонтона, EA-20-4998
Шахты Drumheller Valley и Canmore закрываются после десятилетий эксплуатации.
Шахта Атлас в Драмхеллере прекращает производство в 1979 году и официально закрывается в 1984 году.
Это большое сооружение является последним деревянным напитком в Канаде. Шахта является провинциальным историческим ресурсом, национальным историческим памятником Канады и одной из главных достопримечательностей региона.
Источник: предоставлено Сью Сабровски и Королевским палеонтологическим музеем Тиррелла
Добыча полезных ископаемых вблизи Форестбурга заканчивается спустя более семидесяти лет.
Вышедший на пенсию съемный экскаватор Marion 360 на руднике Дипломат недалеко от Форестбурга, Альберта; сайт интерпретации является провинциальным историческим ресурсом и единственным в Канаде музеем открытой добычи угля. Крупномасштабная добыча полезных ископаемых вблизи Форестбурга требует мощного оборудования, такого как Marion 360.
Источник: Зона интерпретации шахт Diplomat
Угольная электростанция Вабамун выведена из эксплуатации и снесена после почти пятидесяти лет эксплуатации.
