Синекдоха отвечания - Вместо пара - воздух

02:16 am - Вместо пара - воздух

Пневматический рудничный локомотив фирмы Диксон с осевой формулой 0-3-0.
Угольные шахты компании D&H Coal C^о, Скрэнтон, США, 1899 год.
В связи с раширением добычи угля шахтенным методом, а так же с развитием метрополитена возникла насущная необходимость в локомотиве, не производящем угарного газа и не имеющем на борту источников открытого огня. Электричество для рудничных работ так же мало подходило, так как при замыкании и размыкании сильноточных цепей вызникало искрение. Были попытки создания т.н. "безтопочных паровозов", однако их запас хода, мощность и КПД (который у паравоза и так не ахти) оставляли желать лучшего. К тому же из-за конденсации пара давление в резервуаре падало даже во время стоянки, так что через некоторое время такой паровоз был не в состоянии сдвинуть с места даже себя самого. Поэтому такая техника была пригодна разве что для манёвров на территории небольших химических и нефтеперегонных предприятий. Для шахт, где длина штреков исчислялась километрами они не годились: представьте себе такую раскалённую дуру, застрявшую посередине забоя.

Идея с пневмоприводом в принципе лежала на поверхности: воздух в баллоне не конденсируется, поэтому во время стоянки мощность не расходуется (если, конечно, баллон не подтравливает). К тому же воздух можно сжать до гораздо более высоких давлений - до 50-150 атм (пар с таким давлением можно получить только при помощи водотрубных котлов и в соответствии с законами термодинамики его температура составит более 500°C, что сильно усложнит паровую машину), а перед подачей в рабочие цилиндры двигателя сбрасывать давление при помощи редуктора и промежуточного баллона-ресивера до нормальных 10-12 атм. Дополнительно это обеспечивало постоянную мощность в пределах 5-10'и кратной выработки сжатого воздуха, что позволило в несколько раз увеличить "пробег" локомотива. Сжатый воздух с необходимым давлением достаточно легко получить от стационарной электрической, дизельной или паровой компрессорной установки.

Однако были у такого решения и проблемы. Воздух, расширяясь до рабочего давления в редукторе охлаждался, вызывая конденсацию содержащейся в нём влаги. Как известно, КПД тепловой машины пропорционален отношению начальной и конечной температур рабочего тела. Охлаждённый в результате расширения в редукторе воздух попадал в рабочий цилиндр двигателя, где совершая работу охлаждался ещё сильнее. Это приводило к замерзанию содержащегося в нём конденсата. К тому же конденсация в редукторе снижала парциальное давление водяного пара, что неизбежно вело к перерасходу воздуха.


Заправка буалота от гидранта системы парового отопления на трамвае с пневмоприводом во время остановки.
Нант, Франция, 1895 год.
Решение проблемы конденсата было найдено сколь очевидное, столь же элегантное. Вместо попыток осушения поступающего в редуктор воздуха было предложено... Добавить к нему водяного пара при температуре примерно 160-180 градусов. В результате КПД двигателя даже увеличивался, а конденсация пара по окончании цикла расширения приводила к появлению разряжения в цилиндре, что позволяло получить дополнительную работу в "двухтактном" цикле. Прибор, осуществляющих операцию смешивания сжатого воздуха с водяным паром назывался "буалот" (фр. boilotte - "бутыль с кипятком"). Буалот запрвлялся водой от стационарного бойлера или систем парового отопления.

Пневмопривод с появлением тиристорных регуляторов, применяемых на современных рудничных мотовозах стал неактуален, хотя всё же не совсем забыт: выпускаются миниатюрные двигатели для привода летающих моделей, работающие на углекисом газе из баллончиков.