Avancerad ångteknik

Sentinel-Cammell ångvagn

Avancerad ångteknik (ibland känd som modern ånga ) återspeglar ett tillvägagångssätt för den tekniska utvecklingen av ångmaskinen avsedd för ett större antal tillämpningar än vad som nyligen varit fallet. Särskild uppmärksamhet har ägnats åt endemiska problem som ledde till att ångkraft försvann i små till medelstora kommersiella tillämpningar: överdriven förorening, underhållskostnader, arbetsintensiv drift, lågt effekt/viktförhållande och låg total termisk effektivitet ; där ångkraften i allmänhet nu har ersatts av förbränningsmotorn eller av elektrisk kraft som hämtas från ett elnät . De enda ånganläggningar som är i utbredd användning är de högeffektiva värmekraftverken som används för att generera el i stor skala. Däremot kan de föreslagna ångmaskinerna vara för stationära, väg-, järnvägs- eller marinbruk.

Förbättra ångdragkraft

Även om de flesta hänvisningar till "Modern Steam" gäller utvecklingen sedan 1970-talet, kan vissa aspekter av avancerad ångteknik urskiljas under hela 1900-talet, särskilt automatisk pannkontroll tillsammans med snabb start.

Abner Doble

Huvudartikel: Doble steam car

1922 utvecklade Abner Doble ett elektromekaniskt system som reagerade samtidigt på ångtemperatur och tryck, startade och stoppade matarpumparna samtidigt som man tände och släckte brännaren enligt panntrycket. Den motströms monotube pannan hade ett arbetstryck på 750–1 200 psi (5,17–8,27 MPa ) men innehöll så lite vatten i cirkulation att det inte medförde någon risk för explosion. Denna typ av panna utvecklades kontinuerligt i USA, Storbritannien och Tyskland under 1930-talet och in på 1950-talet för användning i bilar , bussar , lastbilar , järnvägsvagnar , växlingslokomotiv (USA; switchers ), en motorbåt och, 1933, en ombyggd Travel Air 2000 biplan .

Vakt

I Storbritannien utvecklade Sentinel Waggon Works en vertikal vattenrörspanna som körs på 275 psi (1,90 MPa ) som användes i vägfordon, växlingslok och järnvägsvagnar. Ånga kunde höjas mycket snabbare än med en konventionell lokpanna .

Holcroft och Anderson

Försök med Andersons kondenseringssystem på Southern Railway (Storbritannien) ägde rum mellan 1930 och 1935. Kondenseringsapparater har inte använts i stor utsträckning på ånglok på grund av den extra komplexiteten och vikten, men den erbjuder fyra potentiella fördelar:

  • Förbättrad termisk effektivitet
  • Minskad vattenförbrukning
  • Minskat pannunderhåll för borttagning av kalk
  • Minskat buller

Andersons kondenseringssystem använder en process som kallas mekanisk ångåterkompression . Den skapades av en mariningenjör från Glasgow , Harry Percival Harvey Anderson. Teorin var att, genom att ta bort cirka 600 av de 970 brittiska termiska enheterna i varje pund ånga (1400 av de 2260 kilojoulerna i varje kilogram ), skulle det vara möjligt att återföra avgasångan till pannan med en pump som skulle förbruka endast 1–2 % av motorns effekt. Mellan 1925 och 1927 utförde Anderson och en annan Glasgow-ingenjör John McCullum (vissa källor anger McCallum), experiment på en stationär ånganläggning med uppmuntrande resultat. Ett företag, Steam Heat Conservation (SHC), bildades och en demonstration av Andersons system arrangerades vid Surbiton Electricity Generating Station.

SHC var intresserad av att tillämpa systemet på ett järnvägslok och kontaktade Richard Maunsell från Southern Railway. Maunsell begärde att ett kontrollerat test skulle utföras i Surbiton och detta gjordes omkring 1929. Maunsells tekniska assistent, Harold Holcroft , var på plats och en bränslebesparing på 29% noterades, jämfört med konventionellt atmosfäriskt arbete. Southern Railway konverterade SECR N klass loknummer A816 (senare 1816 och 31816) till Anderson-systemet 1930. Loket genomgick försök och de första resultaten var uppmuntrande. Efter en uppförsbacke från Eastleigh till Litchfield Summit, rapporteras Holcroft ha sagt:

"På vanligt sätt skulle detta ha skapat mycket buller och ångmoln, men med kondenseringen i aktion absorberades allt med den lätthet med vilken snö smälte i en ugn! Motorn var tyst som ett elektriskt lok och endast svaga ljud berodde på ett lätt dunkande av stängerna och ett litet slag mot en kolvkörtel. Detta måste man uppleva för att tro, men för att regulatorn var vidöppen och backväxeln väl över, skulle man ha föreställt sig att den andra motorn (en LSWR T14-klass som hade tillhandahållits som reserv) var drivkraften för den första."

Rättegångarna fortsatte till 1934 men olika problem uppstod och projektet gick inte längre. Loket konverterades tillbaka till standardform 1935.

André kapell

Den franska maskiningenjören André Chapelons arbete med att tillämpa vetenskaplig analys och en strävan efter termisk effektivitet var ett tidigt exempel på avancerad ångteknik. Chapelons skyddsling Livio Dante Porta fortsatte Chapelons arbete.

Livio Dante Porta

Efter kriget i slutet av 1940- och 1950-talet arbetade några designers med att modernisera ånglok. Den argentinske ingenjören Livio Dante Porta i utvecklingen av Stephensonian järnvägslok med avancerad ångteknologi var en föregångare till "Modern Steam"-rörelsen från 1948. Där det var möjligt föredrog Porta mycket att designa nya lok, men oftare i praktiken tvingades han att göra det. radikalt uppdatera gamla för att införliva den nya tekniken.

Bulleid och gåtor

I Storbritannien SR Leader-klassen på ca. 1949 av Oliver Bulleid och British Rail "Standard" klass ånglok från 1950-talet av Robert Riddles , särskilt BR Standard Class 9F, användes för att testa nya ånglok designfunktioner, inklusive Franco-Crosti pannan . När han flyttade till Irland designade Bulleid också CIÉ No. CC1 som hade många nya funktioner.

Att uppnå målen

Sir Biscoe Tritton-föreläsningen, som hölls av Roger Waller, från DLM-företaget till Institute of Mechanical Engineers 2003, ger en uppfattning om hur problem med ångkraft hanteras. Waller syftar främst på några kuggstångslok för bergsjärnvägar som nybyggdes 1992 till 1998. De utvecklades för tre företag i Schweiz och Österrike och fortsatte att arbeta på två av dessa linjer från och med 2008. De nya ångloken brinner likadant kvalitet av lätt olja som deras dieselmotsvarigheter, och alla visar samma fördelar med lättillgänglighet och minskad arbetskostnad; samtidigt har de visat sig avsevärt minska luft- och markföroreningar. Deras ekonomiska överlägsenhet har inneburit att de till stor del har ersatt de diesellokomotiv och rälsvagnar som tidigare körde linjen; dessutom är ånglok en turistattraktion.

En parallell utvecklingslinje var återgången till ångkraft av den gamla Genèvesjön hjulångare Montreux som hade utrustats med en dieselelektrisk motor på 1960-talet. Ekonomiska mål liknande de som uppnåddes med kuggloken eftersträvades genom automatisk styrning av den lättoljeeldade pannan och fjärrstyrning av motorn från bryggan, vilket gjorde att ångfartyget kunde manövreras av en besättning av samma storlek som ett motorfartyg .

Koldioxidneutralitet

En kraftenhet baserad på avancerad ångteknik som förbränner fossilt bränsle kommer oundvikligen att släppa ut koldioxid , en långvarig växthusgas . Avsevärda minskningar, jämfört med andra förbränningstekniker, av andra föroreningar som CO och NO x kan dock uppnås med ångteknik, som inte involverar explosiv förbränning, utan behov av tillägg som filter etc. eller speciell förberedelse av bränsle .

Om förnybart bränsle som ved eller annat biobränsle används kan systemet vara koldioxidneutralt . Användningen av biobränsle är fortfarande kontroversiell; men flytande biobränslen är lättare att tillverka för ånganläggningar än för dieslar eftersom de inte kräver de stränga bränslestandarder som krävs för att skydda dieselinjektorer.

Fördelar med avancerad ångteknik

I princip kan förbränning och kraftleverans av ånganläggning betraktas som separata steg. Även om hög total termisk verkningsgrad kan vara svår att uppnå, till stor del på grund av det extra steget att generera en arbetsvätska mellan förbränning och krafttillförsel som huvudsakligen kan tillskrivas läckage och värmeförluster, tillåter separationen av processerna att lösa specifika problem i varje steg utan att revidera hela systemet varje gång. Till exempel kan pannan eller ånggeneratorn anpassas för att använda vilken värmekälla som helst, oavsett om den kommer från fast, flytande eller gasformigt bränsle, och kan använda spillvärme . Oavsett val kommer det inte att ha någon direkt effekt på designen av motorenheten, eftersom den bara behöver hantera ånga.

Tidigt tjugoförsta århundradet

Småskalig stationär anläggning

Detta projekt omfattar huvudsakligen kombinerad elproduktion och värmesystem för privata hem och små byar som eldar ved eller bambuflis. Detta är tänkt att ersätta 2-takts åsnemotorer och små dieselkraftverk. Drastisk minskning av ljudnivån är en omedelbar fördel med en ångdriven liten anläggning. Ted Pritchard , Melbourne, Australien, utvecklade intensivt denna typ av enhet från 2002 fram till sin död 2007. Företaget Pritchard Power (numera Uniflow Power) uppgav 2010 att de fortsätter att utveckla den stationära S5000, och att en prototyp hade blivit byggdes och testades, och designen förfinades för marknadsfärdiga produkter.

utvecklade ett tyskt företag vid namn Enginion aktivt en Steamcell , en mikrokraftvärmeenhet ungefär lika stor som ett PC-torn för hushållsbruk. Det verkar som att det 2008 hade gått samman med Berlinföretaget AMOVIS.

Sedan 2012 säljer ett franskt företag, EXOES, till industriföretag en patenterad Rankine Cycle- motor, som är designad för att fungera med många bränslen såsom koncentrerad solenergi, biomassa eller fossil. Systemet, kallat "SHAPE" för Sustainable Heat And Power Engine, omvandlar värmen till elektricitet. SHAPE-motorn är lämplig för inbäddade och stationära applikationer. En SHAPE-motor har integrerats i en biomassapanna och i ett koncentrerat solenergisystem . Företaget planerar att arbeta med biltillverkare, långdistanslastbilstillverkare och järnvägsföretag.

En liknande enhet marknadsförs av Powertherm, ett dotterbolag till Spilling (se nedan).

Ett företag i Indien tillverkar ångdrivna generatorer i en mängd storlekar från 4 hk till 50 hk. De erbjuder också ett antal olika kvarnar som kan drivas av deras motorer.

När det gäller teknik, lägg märke till att Quasiturbine är en uniflow roterande ångmaskin där ångan sugs in i varma områden, samtidigt som den utmattar i kalla områden.

Liten fast stationär anläggning

Spillingföretaget producerar en mängd små fasta stationära anläggningar anpassade för biomassaförbränning eller kraft från spillvärme eller tryckåtervinning.

Det finska företaget Steammotor Finland har utvecklat en liten roterande ångmaskin som går med 800 kW ånggenerator. Motorerna är planerade att producera el i fliseldade kraftverk. Enligt företaget genererar ångmaskinen Quadrum 27 % verkningsgrad och körs med 180 °C ånga vid 8 bars tryck, medan en motsvarande ångturbin producerar bara 15 % verkningsgrad, kräver en ångtemperatur på 240 °C och ett tryck på 40 bar. Den höga verkningsgraden kommer från en patenterad vevmekanism, som ger ett jämnt, pulslöst vridmoment. Bolaget menar att det genom att vidareutveckla konstruktionen finns potential att nå så hög effektivitet som 30–35 %.

Användningsområden för fordon

Under den första oljekrisen på 1970-talet initierades ett antal undersökningar av ångteknik av stora bilföretag, men när krisen tystnade förlorades drivkraften snart.

Den australiensiske ingenjören Ted Pritchards huvudsakliga forskningsfält från slutet av 1950-talet fram till 1970-talet var byggnaden av flera effektiva ångkraftenheter som arbetade på uniflow-systemet anpassat till en liten lastbil och två personbilar. En av bilarna uppnådde den tidens lägsta utsläppssiffror.

IAV , ett Berlin-baserat FoU-företag som senare utvecklade Steamcell, arbetade under 1990-talet på den encylindriga ZEE (Zero Emissions Engine), följt av den kompakta 3-cylindriga EZEE (Equal-to-Zero-Emissions-Engine) designad för att passa i motorrummet i en liten familje sedan från Škoda Fabia . Alla dessa motorer använde kraftigt flamlösa keramiska värmeceller både för ånggeneratorn och vid strategiska boostpunkter där ånga sprutades in i cylindern/cylindrarna.

Järnvägsanvändning

  • nr 52 8055 , en ombyggnad av ett befintligt lok (1943: byggt som 52 1649 (DRB); 1962: ombyggnation som 52 8055 (DR), 1992: 52 8055 (EFZ - Eisenbahnfreunde Zollernbahn : ombyggd som 2003V), ombyggd som 2003V. 52 8055 NG (DLM - Dampflokomotiv- und Maschinenfabrik).
  • 5AT -projektet , ett förslag till ett helt nytt lokomotiv (Storbritannien, 2000-talet).
  • ACE 3000-projektet, som föreslogs av lokentusiasten Ross Rowland under 1970-talets oljekris. Loket skulle se ut som ett diesel, och designades för att konkurrera med nuvarande diesellokomotiv genom att använda kol, mycket billigare än olja vid den tiden. ACE 3000 skulle innehålla många nya teknologier, såsom automatisk avfyring och vattennivåkontroll. Loket skulle kunna kopplas till ett dieselaggregat och köras i samklang med det, så att man inte skulle behöva koppla ihop två likadana lok. ACE 3000 var ett av de mest publicerade försöken med modern steam, men projektet misslyckades till slut på grund av brist på pengar.
  • CSR Project 130 har för avsikt att utveckla ett modernt ånglok (baserat på ett befintligt ATSF 3460- lokomotiv) som kan transportera passagerare i högre hastigheter i mer än 100 mph och testas upp till 130 mph (därav namnet Project 130 ). Det föreslås vara koldioxidneutralt, eftersom det kommer att drivas på torrifierad biomassa som fast bränsle (till skillnad från alla andra moderna konstruktioner som kräver flytande bränsle). Utvecklingen är en gemensam ansträngning mellan University of Minnesotas Institute on the Environment (IonE) och Sustainable Rail International, en ideell verksamhet som anställer järnvägsexperter och ångingenjörer som etablerats för ändamålet.

Roman kontra konventionell layout

   Både 52 8055 och den föreslagna 5AT är av konventionell layout, med hytten bak, medan ACE 3000 hade hytten placerad framtill. Andra tillvägagångssätt är möjliga, speciellt vid eldning med flytande bränsle. Till exempel:

Cab-forward typ
Detta är en väl beprövad design med potential för en stor effekt och skulle ge föraren god sikt. Eftersom den är ensidig måste den vändas på en skivspelare eller en triangulär korsning. Exempel: Southern Pacific 4294 .
Garratt typ
Ytterligare en väl beprövad design med stor kraftpotential. Exempel: South Australian Railways 400 klass . En framtida design skulle kunna inkludera kortare vattentankar och en hytt i varje ände för att ge föraren en bra sikt åt båda hållen.
Med power boggier
Sentinel-Cammell lokomotiv
En design monterad på kraftboggier med kompakt vattenrörspanna som liknar Sentinel -designerna på 1930-talet. Exempel: Sentinel-Cammell lokomotiv (höger).

Eldlösa lok

Ett annat förslag för avancerad ångteknik är att återuppliva det eldlösa loket , som körs på lagrad ånga oberoende förgenererad. Ett exempel är Solar Steam Train-projektet i Sacramento, Kalifornien .

Se även

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Advanced_steam_technology&oldid=1117119685 "