В последнее время многие изобретатели вновь задумались об использовании паровой машины в средствах передвижения. В автомобиле возможно применение нескольких вариантов паросиловых установок: с прямоточным парогенератором непосредственного факельного обогрева, с внутрицилиндровым парообразованием при непосредственном факельном обогреве, с тепловыми аккумуляторами вместо факельного обогрева и комбинированных… Авторы предлагают свою схему автомобильной силовой установки с использованием горюче-паровой машины и теплового аккумулятора в качестве парогенератора.

В последнее время многие изобретатели вновь задумались об использовании паровой машины в средствах передвижения. В автомобиле возможно применение нескольких вариантов паросиловых установок: с прямоточным парогенератором непосредственного факельного обогрева, с внутрицилиндровым парообразованием при непосредственном факельном обогреве, с тепловыми аккумуляторами вместо факельного обогрева и комбинированных.

Авторы предлагают свою схему автомобильной силовой установки с использованием горюче-паровой машины и теплового аккумулятора в качестве парогенератора.

Установка состоит из двигателя (двухблочной прямоточной паровой машины); так называемого пускового блока, включающего один цилиндр с отдельным золотником и отдельным выхлопным патрубком. Другой блок, условно названный силовым, имеет два цилиндра, в которых происходит двукратное расширение пара. Золотник здесь подает пар в цилиндр высокого давления, а подача пара в цилиндр низкого давления регулируется поршнем цилиндра высокого давления. Выхлопные патрубки пускового и силового блоков объединены в общий коллектор, направляющий пар в кран-распределитель.

Имеется также прямоточный парогенератор со змеевиком, который размещен в контейнере, заполненном твердым или фазопереходным теплоаккумулирующим веществом, и охватывается снаружи обогревательной камерой.

Принцип действия
Схема работает следующим образом. Поворотом ключа в замке зажигания подключается питание от электрического аккумулятора от первого, второго и третьего электродвигателей.

Первый двигатель приводит в действие воздуходувку, которая прокачивает наружный воздух через радиатор и подает его по воздуховоду в смеситель-горелку.

Одновременно второй электродвигатель приводит в действие топливный насос, который подает конденсат из бака через змеевик подогревателя в корпусе водоотделителя и подогреватель в составе экономайзера в змеевик парогенератора. Образовавшийся в парогенераторе перегретый пар направляется в паровую машину через дроссельный клапан.

На момент пуска доступ пара в цилиндры паровой машины закрыт либо дроссельным клапаном, либо золотниками, которые управляются кулисным механизмом. Переводя его рычаг в направлении нужного движения и открывая дроссельный клапан, водитель запускает в действие паровую машину. При этом пар попадает вначале либо в пусковой цилиндр через золотник пускового блока, либо в цилиндр высокого давления силового блока паровой машины через золотник силового блока – в зависимости от того, какой из них остался в открытом положении в момент предыдущей остановки.

Отработанный пар через общий выхлопной коллектор подается на вход крана-распределителя, который делит его поток на две неравные части. Меньшая направляется в паровое сопло смесителя-горелки, смешивается в нем с воздухом, поданным воздуходувкой, и воспламеняется свечой зажигания. Возникший факел обогревает контейнер. Далее несколько остывшие продукты сгорания по газоходу попадают в корпус водоотделителя, где из них конденсируется вода и стекает в водяной бак. Остатки газа выбрасываются в атмосферу.

Большая часть отработанного пара направляется краном-распределителем в турбину, которая вращает ротор электрогенератора. После турбины пар идет в сопловой конденсатор, а из него – в радиатор, где охлаждается, отдавая тепло воздуху, и стекает в водяной бак.

Как пользоваться паромобилем?
Паровая машина может быть напрямую соединена с приводной трансмиссией автомобиля, и в этом случае с началом ее работы начинается и движение автомобиля. Однако по практическим соображениям паровой автомобиль все таки следует оснащать механизмом сцепления. В частности, он необходим при буксировке и различных проверочных манипуляциях.

Во время движения водитель в зависимости от обстановки меняет скорость, регулируя мощность паровой машины. Это производится либо качественно – дросселированием пара с помощью клапана, либо количественно – изменением момента отсечки подачи пара с помощью кулисного механизма. Практически водителю удобнее пользоваться дроссельным клапаном как аналогом педали газа, но экономичнее – кулисным механизмом.

При кратковременных остановках (перед светофором) водитель тормозит и прекращает работу машины с помощью кулисного механизма. При более длительных остановках он отключает также электросхему, что прекращает работу топливного насоса и воздуходувки.

Применение теплового аккумулятора и трехцилиндровой паровой машины со сдвигом фаз парораспределения на 120° обеспечивает немедленный запуск установки как после кратковременной, так и после длительной остановки.

Поддержание массы теплового аккумулятора в оптимальном температурном режиме производится специальным автоматом, который с помощью термопары отслеживает температуру этого аккумулятора. По достижении нижнего предела температуры он переводит кран-распределитель в режим увеличенной подачи пара в смеситель-горелку. По достижении верхнего температурного предела автомат оставляет горелку в дежурном режиме работы с малым расходом пара.
 

Преимущества паровой машины
Способность паровой машины к неограниченно длительной работе с перегрузкой и широкий диапазон регулирования мощности позволяют снизить ее установленную мощность в сравнении с ДВС, а также дать большое ускорение при движении с места (хорошую «приемистость»). Кроме того, при любых остановках автомобиля паровая машина, в отличие от ДВС (особенно дизельного), не работает.

В составе рассматриваемой установки отсутствуют такие обязательные для ДВС механизмы и устройства, как коробка передач, стартер, воздушный фильтр, глушитель, каталитический дожигатель, карбюратор, система турбонаддува, а система зажигания предельно упрощена, и ее единственная свеча не подвергается «забрасыванию». Не требуется антифриз, поскольку единственная используемая жидкость – спирт – не замерзает при земных климатических температурах. Нет никаких проблем с засорением жиклеров карбюратора, переобогащением топливной смеси, смесеобразованием, запуском в холодное время года. Проблема просачивания пара в картер машины решается выводом дренажной трубки в горелку.

Постоянно используемых органов управления паровым автомобилем всего три: рулевое колесо, дроссельный клапан (аналог педали газа) и рычаг кулисного механизма, которым водитель пользуется при торможении (подача контрпара) и перемене направления движения, причем последние два и даже все три могут быть совмещены в виде наклоняющейся вперед-назад рулевой колонки.

В заключение следует отметить, что изготовление и эксплуатация парового автомобиля будут существенно дешевле, чем машины с ДВС за счет меньшей цены топлива, более медленного износа двигателя, применения дешевых конструкционных материалов и конструктивной простоты. Все эти обстоятельства одновременно повышают надежность установки в целом.

Кроме того, водить паромобиль удобнее – за счет меньшего количества органов управления, бесшумности и отсутствия вибраций.

Владимир Черкасов, Константин Черкасов,
«Энергетика и промышленность России»