16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/teploenergetika/7/109.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 04 (07) август 2013

Паромашинные электростанции объединяют Москву и Петербург

Малая и автономная Иван ТРОХИН. Фото автора
Паромашинные электростанции объединяют Москву и Петербург

Паровые поршневые машины с высокими эксплуатационными показателями, частотой вращения выходного вала 1000 оборотов в минуту и более называют паропоршневыми двигателями. Их разрабатывает научная группа «Промтеплоэнергетика» Московского авиационного ­института для малой энергетики.

Но над быстроходными поршневыми паровыми машинами аналогичного назначения работают, похоже, и в северной столице России.

29 июня этого года исполнилось семьдесят пять лет со дня установления триумфального для нашей паромашинной техники рекорда: по Октябрьской железной дороге, соединяющей практически прямой «стрелой» Москву и Санкт-Петербург, на участке Лихославль – Калинин (Тверь) пронесся со скоростью 170 км/ч советский паровоз типа 2‑3‑2 № 1 подмосковного Коломенского завода, управляемый машинистом-испытателем Николаем Ошацем. Это стало верхом быстроходности среди отечественных паровозов.

Но «паровозная» тематика, правда с уклоном к стационарной энергетике, вновь становится на инженерные «рельсы», объединяя Москву и Санкт-Петербург духом изобретательских идей возрождения техники пара и поршня. В газетах «Энергетика и промышленность России» и «Тепловая энергетика» неоднократно сообщалось (см. сайт eprussia.ru) о разработках под руководством старшего научного сотрудника кафедры «Теория воздушно-реактивных двигателей» Московского авиационного института (МАИ) Владимира Дубинина паропоршневых двигателей в объединенной научной группе «Промтепло­энергетика» (energodub.ru) этого вуза, Всероссийского НИИ электрификации сельского хозяйства и ряда других научных и учебных учреждений в сотрудничестве с научно-исследовательскими ООО «Новая энергия» и «Энергокрафт». В Санкт-Петербурге созданием быстроходных поршневых паровых машин занимается ООО «ЭнергоСтройСервис», как сообщается на его сайте (encs-spb.ru).



Обороты, обороты…

Петербургская паровая машина, о которой идет речь, именуется на сайте разработчиков и «паропоршневой», и «быстроходной». Игра словами? Что касается слова «машина», то здесь трактовка вполне понятна и исторически корректна – это двигатель. А вот два прилагательных требуют уточнения. Термин «паропоршневой двигатель» (см. определение выше), как известно, был введен в научно-технический оборот и позже уточнен изобретателем В. С. Дубининым и его коллегами (см. статьи «Паровым машинам быть!» и «Сравнительная оценка газопоршневых, паротурбинных и паропоршневых электростанций» в рецензируемом производственно-техническом журнале «Промышленная энергетика», № 1/2006 и 8/2008, соответственно).

Что касается определения быстроходности поршневых паровых машин, тут уместно процитировать классику. В книге П. П. Куликовского (соавтор многих прекрасных учебников по паромашинной технике и справочника «Паровые двигатели» 1950‑х годов) и В. В. Присягина «Судовые паровые котлы и машины», выпущенной московским издательством «Речной транспорт» в 1954 году, приводятся такие сведения: «Граница между тихоходными и быстроходными машинами условна, и в практике работы стационарных машин считают, например, что машины с числом оборотов вала в минуту менее 150 являются тихоходными». Учитывая упоминание разработчиками из «ЭнергоСтройСервиса» о цифре «900 оборотов в минуту» как о планируемой к достижению частоте вращения выходного вала (при давлении свежего пара – 40 атмосфер), для их парового поршневого двигателя подходит именно термин «быстроходная паровая машина».



Как стратостат!

Быстроходная поршневая паровая машина от этой петербургской фирмы напомнила мне гондолу стратостата (см. фото) – каркасную конструкцию с кабиной и вспомогательным оборудованием. Кажется, стоит только «вдохнуть» в нее определенный энергетический потенциал (водяной пар), будто прикрепить к гондоле стратостата аэростатическую оболочку с подъемным газом, как механическое творение обретет стремительную подвижность своих очертаний и начнет «возвышаться» над основанием в паровой дымке, словно направляющийся ввысь стратостат, «рассекающий» белые, как пар, облака.

Стратостат когда‑то явился фактически промежуточным звеном между атмосферной и космической летающей техникой. Так и данный двигатель исторически следует, наверное, считать вновь построенной в XXI веке конструкцией переходного обобщенного класса от классических тихоходных паровых машин к паромоторам. Правда, даже в «Большой Советской энциклопедии» по отношению к последним как такового определения не дается. Однако, если опять обратиться к специализированной классической литературе, то можно сказать, что паромоторы, в общем‑то, развивали уж никак не меньше 1000 оборотов в минуту (П. Д. Дузь. Паровой двигатель в авиации. – М. – Л.: Оборонгиз, 1939; O. H. Hartmann. Hochdruckdampf. – Berlin: VDI‑Verlag, 1925).



Взгляд инженера

Да, смотришь видеоролик испытаний паровой поршневой машины на сайте ООО «ЭнергоСтройСервис» и словно погружаешься в славное прошлое паровозов, локомобилей… С инженерной же «колокольни» можно констатировать следующее. Во-первых, паровая машина имеет вертикальную компоновку с V-образным расположением цилиндров, которых у нее два. Во-вторых, пар в каждый цилиндр подается от питающей магистрали по двум трубопроводам: один заходит в верхней области цилиндра, другой – в нижней. Выпускается отработавший пар в атмосферу раздельно (общего выхлопного коллектора нет) из нижней области каждого цилиндра. Поэтому можно сделать предположение о работе данной машины по известному принципу «с двусторонним давлением пара на поршень», как, например, паровой поршневой двигатель грузовика НАМИ-012 в 1950‑х годах. В-третьих, после цилиндров петербургская машина имеет фактически открытую конструкцию на базе рамных и балочных элементов. Механизм преобразования поступательного движения поршней во вращение коленчатого вала – кривошипно-ползунный, как у классических паровых машин.

В-четвертых, следует сказать о нагрузке и ее приводе от рассматриваемого двигателя. Так как последний предполагается использовать на (дословно) «автономных паропоршневых электростанциях», выходной вал паровой машины создает вращение ротора генератора, причем через повышающую ременную передачу. Сам электрогенератор однозначно похож на обычный трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, какой широко применяется в промышленности, характеризуется высокой надежностью и, сравнительно с синхронными генераторами, дешевизной. Такая конверсия довольно известна (см., например, вузовский учебник доктора технических наук А. И. Вольдека «Электрические машины», выпущенный в 1978 году Ленинградским отделением издательства «Энергия», либо книгу Г. Н. Алюшина и корифея по части асинхронных генераторов Н. Д. Торопцева «Асинхронные генераторы повышенной частоты» от московского издательства «Машиностроение», вышедшую в 1974 году).

В-пятых, учитывая определенную выше принадлежность парового двигателя от ООО «ЭнергоСтройСервис» к классу быстроходных поршневых паровых машин, следует отметить, что соответствующую теплоэлектростанцию следует называть явно не паропоршневой. К примеру, можно сказать просто – «паромашинная ТЭС».



Спираль времени

Москву и Петербург соединяют не только дела по возрождению паровых поршневых двигателей. Есть у городов этих некий «паропоршневой» символизм – сохранившиеся сокровища отечественного культурного наследия паромашинной энергетики. В Москве – это железнодорожная станция Подмосковная (кстати, расположена почти рядом с тем самым МАИ, где зародилась и ведется паропоршневая тематика) с действующими поворотным кругом, веерным депо, паровозами; Музей железнодорожной техники на Рижском вокзале. Санкт-Петербург является музейным причалом паромашинного крейсера «Аврора». Кроме того, в северной столице находятся Центральный музей железнодорожного транспорта России и Музей Октябрьской железной дороги (ныне – на Варшавском вокзале), а в пригороде – платформа Паровозный музей.

Так вот. Внимание, обращаемое в этих двух городах на паровые машины с точки зрения их воссоздания в XXI столетии, можно считать закономерным из‑за спирали времени, по которой исторически развивается техника. Дух пара и поршня снова воспрянул! Сохранившиеся до наших дней паровые исполины (спасибо всем тем, кому была и остается небезразличной судьба уникальных «машин огня и пара») оживают в новых конструктивных обличиях для стационарного применения, словно почувствовав свою необходимость как раз сегодня, когда набирает «обороты» малая энергетика, особенно в виде паросиловых мини-ТЭЦ на базе котельных и пародвигательных теплоутилизационных модулях для выработки энергии по циклу Ренкина при работе производственных технологических установок.

Современные материалы, технологии, методы проектирования и конструирования совместно с незатухающим изобретательским «огнем» дают возможность по‑новому, то есть на большем витке спирали времени, реализовывать технику прошлого. Свои инженерные решения находят разработчики из московской «Промтеплоэнергетики» и петербургского «ЭнергоСтройСервиса». Их объединяет поиск – творческий. Хотя даже среди старых конструкций есть заслуживающие повторения (например, быстроходная поршневая паровая машина теплофикационной установки ЛПУ-1, см. статью А. В. Демина и А. Х. Черкасского «ЛПУ-1» в журнале «Наука и жизнь», 1952, № 12; авиационные, судовые и стационарные компактные – звездообразные – паромоторы, о которых можно прочесть в упомянутой выше книге ­ П. Д. Дузя) по объективным причинам соизмеримого или даже меньшего удельного расхода пара, чем у современных паровых турбин, по крайней мере при мощностях до единиц мегаватт, и высокой надежности при простоте эксплуатации.

Только представьте себе, как стало доступным в наши дни осуществить второе рождение паровых машин прошлого! Их удачные конструкторские решения смогут обрести лучшие, чем прежде, характеристики, при использовании компьютерных технологий в проектировании и производстве. Здесь на помощь человеку доступны программы: плоского и пространственного моделирования (Компас-3D, AutoCAD, LibreCAD и прочие), инженерных расчетов (MathCAD и т. д.) и анализа конструкций (ANSYS и т. п.), модули формирования управляющих программ для станков с числовым программным управлением (может входить, например, в «Компас-3D») и многое другое. Но это – уже отдельная тема.

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 04 (07) август 2013: