Духоход Барановского и локомотивы, работающие на сжатом воздухе

Первые пневматические локомотивы появились всего лишь на 15 – 20 лет позже стефенсоновского паровоза как альтернатива паровой тяге.

Пневматические локомотивы получили широкое применение там, где дым, искры и пар из куда более эффективной паровой машины были неприемлемы (на городских улицах и внутри угольных шахт, при строительстве тоннелей) в то время, когда электричество ещё не было распространено в качестве источника энергии для двигателей.

По мере развития электроэнергетики локомотивы с двигателями, работающими на сжатом воздухе, были постепенно заменены электрической тягой.

В период строительства первой российской магистрали между Санкт Петербургом и Москвой основным поставщиком локомотивов и вагонов для российских железных дорог стал Александровский механический завод, находившийся в Петербурге.

В 1861 г. на Александровском заводе был построен первый в России локомотив, который должен был заменить паровоз.

Двигатель локомотива приводился в движение не паром, а сжатым воздухом.

Строительством необычного для того времени локомотива руководил его изобретатель С. И. Барановский.

Он же дал своему детищу название «духоход» или «духовой самокат».

Двигатели, подобные обычным паровым машинам локомотивов, были двухцилиндровыми – по одному горизонтальному цилиндру на каждую сторону локомотива.

Судя по рисунку, который был сделан в 1862 г., на одной платформе находились как двигатель, так и баллоны со сжатым воздухом.

Видимо, это был экспериментальный локомотив для проверки идеи на практике.

Сжатый воздух, приводящий в движение воздушные машины, помещался в 34 горизонтальных трубах (баллонах) диаметром 150 мм и длиной 2100 мм каждая.

Баллоны были соединены между собой трубами меньшего диаметра.

Для управления машинами имелись краны, манометр, рычаг с тягой к золотнику.

Тендер для воды и топлива отсутствовал. Для двух машинистов соорудили небольшую крытую площадку.

Локомотив был довольно совершенным в техническом плане устройством, использовавшим передовые идеи того времени.

Но локомотив в том же 1862 году был снят с использования, так как был слишком технически сложен для своего времени.

Сохраненный локомотив Портера. 1928 год.
Сохраненный локомотив Портера. 1928 год.

Принципиальным недостатком пневмолокомотивов является непрямое использование энергии.

Сначала энергия используется для сжатия воздуха, а потом от сжатого воздуха передаётся двигателю.

Каждое преобразование энергии осуществляется с потерями, что обуславливает более низкий коэффициент полезного действия пневмолокомотивов чем, например, дизельных или, тем более, электротранспорта.

Ещё в процессе, использующим сжатый воздух для работы двигателя, главной проблемой является получение работоспособной системы.

Когда газ расширяется, он резко охлаждается, и если запасённый воздух не является совершенно сухим (а это так и есть), в трубопроводе и цилиндрах двигателя влага начнёт замерзать, и двигатель скоро прекратит работу и остановится.

Пневмолокомотив Портера №104 с двигателем двукратного расширения с промежуточным подогревом окружающим воздухом. 1910 г.
Пневмолокомотив Портера №104 с двигателем двукратного расширения с промежуточным подогревом окружающим воздухом. 1910 г.

Чарльз Б. Ходжес спроектировал двигатель двукратного расширения, использующий подогреватель между цилиндрами высокого и низкого давления, чтобы подогреть частично расширенный сжатый воздух. Этот воздух пропускался через теплообменник, в котором он нагревался окружающим воздухом, всасываемым эжектором с помощью отработанного воздуха.

Конкретно для №104–длинный тонкий цилиндр, который виден перед основным резервуаром, является ёмкостью для воздуха с рабочим давлением 17 ат, которое было редуцировано из давления в основном баллоне 50 ат.

Радиус действия порядка 13 км.

Вообще, разнообразие форм и размеров поражает техническое воображение.)

Симплонский пневмолокомотив. 1902 г.
Симплонский пневмолокомотив. 1902 г.
Пневматический локомотив Харди, 1880-е годы.
Пневматический локомотив Харди, 1880-е годы.

Также из-за своей пожаробезопасности, некоторое распространение получили так называемые бестопочные паровозы–похожи на обычные паровозы, но вместо бойлера имеет резервуар, известный как паровой аккумулятор.

Этот резервуар заполняется перегретой водой под давлением от стационарного котла. Двигатель работает как обычный паровой двигатель, используя пар под высоким давлением над водой в аккумуляторе.

По мере использования пара и падения давления перегретая вода закипает, заменяя использованный пар.

Так локомотив может работать до тех пор, пока давление не упадет до минимального полезного уровня или пока не закончится вода, после чего его необходимо подзарядить.

Ну и куда-же без фанатов железной дороги.)

История циклична, и на другом витке технологии– идея пневматического транспортного средства всё равно будоражит умы инженеров.)

Источник.

Источник.

Мой первоначальный пост.

Комментарии 10

    0

    А не опасен такой сосуд с газом под высоким давлением?

      +2

      Котёл на обычном паровозе тоже опасен. Но вариантов в то время было мало. Если по каким-то причинам нельзя паровоз, то либо один из этих вариантов (сжатый воздух, пароаккумулятор), либо на лошади возить. Подобие гиробуса, но на рельсах, наверно, сложно было сделать в то время.


      Меня в свое время удивило, что существовал еще такой экзотический транспорт, как электропаровоз.

        +1
        На самом деле электропаровоз не так удивителен если вспомнить, что во время второй мировой Швейцария была окружена воюющими странами у которых надо было как-то купить уголь и совсем нельзя купить медь для электромашин (у немцев дошло до сдачи в лом колоколов и памятников).
        А вот электричество у швейцарцев было от ГЭС и в избытке.
        0
        Известен вариант пневматического локомотива троекратного расширения компании Портера по патенту Ходжеса.
        Запас сжатого воздуха хранился при давлении 150 ат, которое значительно выше обычно используемого (у паровозов оно редко превышало 17 ат).
        Однако случаев взрывов не описано.
          +2
          Создать сосуд высокого давления в то время уже было возможно, технологии были. Наибольшая опасность взрыва подобного сосуда — при его наполнении, что можно сделать в сравнительно безопасных условиях, а дальше оно только падает. С паровозом же куда сложнее, потому что пар генерируется постоянно, и куда больше устройств, которые призваны делать этот процесс контролируемым и безопасным, могут отказать, что приведет к превышению допустимого давления и взрыву, либо к росту давления выше того, которое может выдержать изношенное оборудование.
            0
            Безусловно-вы правы. :)
        +1

        22sobaki тоже про них рассказывал. У него много любопытных статей про необычную инженерию. У вас, судя по всему, будут не менее интересно. Добро пожаловать на Хабр и пишите еще!

        +1
        Но локомотив в том же 1862 году был снят с использования, так как был слишком технически сложен для своего времени.

        Простите, но мне кажется, что утверждение, будто локомотив, передвигающийся при помощи сжатого воздуха (т.е. по сути баллон со сжатым воздухом + кран + золотник с цилиндрами) технически сложнее паровоза даже тех лет (необходимые устройства и агрегаты которого устанешь перечислять) — мягко скажем, безосновательное.

        Скорее, были очень плохИ его эксплуатационные характеристики (тяга, сцепной вес, запас хода).
          0
          Редуктор ещё нужен, который будет постоянное давление в цилиндры давать, несмотря на постоянное снижение его в основном баллоне. В паровозе регулировка давления между котлом и цилиндрами тоже нужна, но в меньшем диапазоне — котёл всё же старались поддерживать в стабильном режиме (пусть и с ручной обратной связью).

        Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

        Самое читаемое