|
Реферат: Пакетные и контейнерные грузоперевозки (Транспорт)
Оглавление
Пакетирование. Пакетный способ перевозки грузов. Расчет потребного
количества пакетов. 2
Виды поддонов и область их использования. 6
Типы контейнеров и их преимущества 12
Список литературы 15
Пакетирование. Пакетный способ перевозки грузов. Расчет потребного
количества пакетов.
Грузы, в том числе экспортные и импортные, которые по своим размерам
и свойствам могут быть сформированы в транспортные пакеты, должны
предъявляться отправителем к перевозке в вагонах и контейнерах, как
правило, в пакетированном виде. Под транспортным пакетом понимается
укрупненное грузовое место, сформированное из отдельных мест в таре
(ящиках, мешках, бочках и др.) или без тары (доски, шпалы, трубы, чушки,
тарная дощечка и др.), скрепленных между собой с помощью универсальных или
специальных, разового пользования или многооборотных, пакетирующих средств
на поддонах или без них, обеспечивающее в процессе транспортирования и
хранения:
а) возможность механизированной погрузки (выгрузки) вилочными
погрузчиками, кранами и другими подъемно - транспортными машинами;
б) целость пакетов;
в) сохранность самих грузов;
г) безопасность работников, выполняющих транспортные, складские и
погрузочно - разгрузочные работы;
д) максимальное использование грузоподъемности (вместимости) крытых
вагонов и контейнеров, а при перевозке на открытом подвижном составе -
полное использование габарита погрузки;
е) безопасность движения
Средства крепления груза в пакеты должны иметь контрольные знаки
грузоотправителя и исключать возможность изъятия отдельных грузовых мест из
пакета без нарушения крепления и контрольных знаков. Контрольными знаками
являются пломба с наименованием отправителя, контрольная лента, скрепленная
в замок, усадочная пленка. Предъявление к перевозке грузов пакетами,
сформированными с отступлением от перечисленных требований, не допускается.
В каждом пакете разрешается укладывать только однородный груз в одинаковой
упаковке или без нее, следующий в адрес одного грузополучателя. На пакете
указывается количество грузовых мест в пакете.
Многооборотные пакетирующие средства запрещается использовать для
пакетирования опасных грузов и грузов со специфическим запахом.
Использованные в исключительных случаях под такие грузы пакетирующие
средства после перевозки принимаются железной дорогой от грузополучателя
после их очистки, а в необходимых случаях санитарной обработки и
обезвреживания. Не допускается крепление грузов на стандартных
многооборотных обменных поддонах гвоздями, скобами или другими подобными
средствами, которые могут повредить груз или поддон. Пакеты, перевозимые в
крытых и изотермических вагонах с погрузкой и выгрузкой на складах
грузоотправителей и грузополучателей без перегрузки в пути следования,
могут быть закреплены в вагоне групповыми средствами крепления (поясами,
щитами, распорными приспособлениями и др.). При перевозке в крытых вагонах
параметры транспортного пакета, сформированного из грузов с применением
многооборотного поддона размерами 800 x 1200 мм, не должны превышать 840 x
1240 мм. Масса транспортного пакета (масса груза вместе с пакетирующими
средствами), предъявляемого к перевозке в крытых и изотермических вагонах и
контейнерах, не должна превышать 1 т. Масса транспортного пакета,
предъявляемого к перевозке на открытом подвижном составе, не должна
превышать:
а) при выгрузке на местах общего пользования станций -
грузоподъемности погрузочно - разгрузочных машин, имеющихся на станциях;
б) при выгрузке на местах необщего пользования - массы, согласованной
с грузополучателем.
Масса пакета определяется до предъявления его к перевозке с указанием
на каждом пакете массы брутто и нетто. На транспортные пакеты должна
наноситься маркировка в полном соответствии с требованиями раздела 3 Правил
перевозок грузов. Число грузовых мест в пакете определяет и указывает
грузоотправитель. Размещение и крепление пакетов в вагоне и контейнере
осуществляется в соответствии с Техническими условиями погрузки и крепления
грузов и соблюдением Правил перевозок грузов. При этом в междверном
пространстве крытых и изотермических вагонов пакеты размещаются так, чтобы
обеспечивалась их механизированная выгрузка из любой двери вагона.
Если для отдельных пакетов способ размещения и крепления на открытом
подвижном составе действующими Техническими условиями погрузки и крепления
грузов не предусмотрен, грузоотправитель обязан в соответствии с главой 1
этих Условий разработать указанный способ и представить его на утверждение
в установленном порядке. При заполнении перевозочных документов
грузоотправитель и железная дорога в соответствующих графах накладной,
дорожной ведомости, корешке дорожной ведомости и квитанции в приеме груза
указывают:
а) в графе "Количество мест" в числителе - количество пакетов, в
знаменателе - общее количество грузовых мест в пакетах (только по грузам,
принимаемым к перевозке со счетом мест);
Расчет потребного количества пакетов: Мпак = Ртех /Qпак , где Ртех–
технические нормы загрузки, Qпак–вес пакета
б) под наименованием груза - "пакет" (штемпелем), а при перевозке
груза пакетами, сформированными с применением средств пакетирования
(поддоны, стропы и др.), принадлежащих МПС, также тип и количество средств
пакетирования, загруженных в вагон.
Например: "Поддоны - 60 шт.", "Стропы ПС-05 - 6 шт." и т.п.;
в) в графе "Масса груза" - масса груза брутто (вместе с пакетирующими
средствами), а при перевозке сборных отправок, состоящих из нескольких
наименований грузов, - также масса груза каждого наименования;
г) при перевозке грузов мелкими отправками в транспортных пакетах,
сформированных с применением поддонов, в накладной в графе "Масса груза"
указывается в числителе масса пакета брутто, в знаменателе - масса пакета
нетто (масса пакета без учета массы поддона).
Основная функция защитной тары состоит в том, чтобы предохранить
грузы от опасностей транспортировки, а также устранить или ослабить
действие разрушительной силы, являющейся исходной причиной большинства
потерь и повреждений груза и тары. Неправильная конструкция тары может
привести к данным последствиям, поэтому выяснение желательной степени
защиты требует продуманной оценки груза с точки зрения различных факторов,
угрожающих его сохранности во время транспортировки. Грузоотправитель
должен знать, в какой таре нуждается груз, чтобы доставить его надежным
образом. Ниже предлагаются некоторые рекомендации и способы упаковки,
которые могут помочь грузоотправителям и грузополучателям.
Транспортные фирмы обычно имеют правила и нормы по упаковке и
погрузочно-разгрузочным и транспортным операциям, которые грузоотправитель
должен знать, когда готовит груз к отправлению. Эти правила и нормы
публикуются в тарифных справочниках соответствующих фирм. Статьи и условия
(некоторые из которых ограничивают ответственность транспортной фирмы за
потерю и повреждение груза) фигурируют в договорах перевозки, в частности,
в коносаменте. Грузоотправители должны также знать, что большинство правил
транспортных фирм по упаковке относятся к наружной таре, а не к внутренней
упаковке.
В состав упаковки входят наружная тара, система запирания, а в случае
необходимости также перегородки, обвязки, амортизаторы, водонепроницаемые
ограждения, ленты, а также нанесение транспортной маркировки. Саму по себе
тару нельзя считать виновной во всех потерях и повреждениях грузов;
основными причинами потерь и повреждений могут стать недостаточно надежные
или вообще отсутствующие перегородки, обвязки и амортизаторы. Эффективное
применение имеющихся упаковочных средств способствует улучшению
экономических показателей грузоотправителя в результате надежной доставки
груза.
При определении вида необходимой упаковки следует принимать во
внимание способ распределения груза. Упаковка груза, направляемого прямо в
пункт продажи, часто подчиняется критериям, отличным от тех, которые
относятся к грузам, предназначенным для дополнительной обработки или
многократных перемещений перед отправкой в пункт продажи.
Знание обычаев портов и средств, которыми они располагают, является
одним из основных требований в решении вопроса об упаковке при отправке
груза морем. При экспортировании грузов можно достигнуть определенной
экономии, отправив их в первичной таре в морской порт, где затем заново
упаковать груз для морской транспортировки. Грузы, экспортируемые в слабо
развитые страны мира, требуют обычно более надежной защиты, чем грузы,
отправляемые в промышленно развитые страны. Таким образом, упаковка должна
соответствовать используемому виду перевозки и обслуживаемому рынку.
Виды поддонов и область их использования.
В настоящее время основными средствами для осуществления унификации
грузов служат поддоны, контейнеры, трейлеры и полутрейлеры. Поддон
обеспечивает сохранность груза на основе объединения мелких упаковок в
унифицированные блоки, закрепляемые на поддоне достаточно толстыми лентами
и различными покрывающими материалами. Объединение груза в блок на поддоне
уменьшает опасность потери или хищении отдельных упаковок. Для того чтобы
добраться до упаковки, злоумышленнику приходится обычно разрезать
армирующую ленту или разрушать оболочку и таким образом оставлять видимые
следы нарушения целостности груза. Известны различные виды использования
поддонов:
Объединение упаковок на стандартном поддоне из дерева, пластмассы или
фибрового картона с армированием стальной лентой;
Объединение упаковок в таре из фибрового картона с уплотнением и
закреплением на платформе посредством стальной ленты;
Объединение упаковок на стандартном поддоне с закреплением груза
посредством прозрачной усадочной оболочки - толстого пластикового покрытия,
принимающего форму груза под действием нагрева с последующей усадкой после
остывания.
Таблица 1 – Международные размеры поддонов
|Вид перевозок |Размеры в |Примечания |
| |мм | |
|железнодорожные |800x1200 |применяются в странах Европы, так |
| |600x1200 |называемые "европоддоны" |
|морские |1000x1200 |рекомендованы ISO |
|морские |1100x1100 |широко применяются в Японии, Австралии |
|контейнерные | | |
Три первых размера поддонов (см. табл. 1) оказывают влияние на
практику использования контейнеров в Западной Европе. Множество
грузопакетов формируется именно на таких поддонах. Хотя эксплуатируется
большое количество "классических" контейнеров ISO, имеется выраженная
тенденция применения контейнеров шириной 2,50 м, что позволяет наилучшим
образом использовать полезный внутренний объем контейнеров. Контейнеры
транспортируются как трансевропейскими маршрутными контейнерными поездами,
связывающими важнейшие промышленные зоны и порты, так и вагонами-
платформами, включаемыми в состав обычных скорых грузовых поездов.
По видам поддоны различают:
1) Деревянные:
– европаллет (размер 1200 х 800)
Поддон имеет ГОСТ (9557-87). Имеет клеймо евростандарта.
Грузоподъемность - 1000-2500 кг. Толщина доски - 22-25 мм. Размер шашки -
100х145х90 мм. Настил поддона состоит из пяти досок с чередованием широкая,
узкая. Три доски широкие по 145 мм и две доски узкие по 95-100 мм. Настил
крепится к поперечинам длинной по 800 мм, шириной по 145 мм. Основание
поддона находится на девяти шашках. Крайние "лапы" находятся на 6-и шашках
и имеют размер 80х100х145 мм. Центральная "лапа" на 3-х размером 80х145х145
мм. Поддон имеет четырехсторонний заход что облегчает его перещение,
используется погрузчиками и "рохлами".
– европаллет БК (размер 1200 х 800)
Поддон однонастильный четырехзаходный (800 х 1200, ГОСТ 9078-84).
Четырехзаходный деревянный поддон типа 2 ПО 4 размером 800мм х1200мм
многократного применения, предназначенный для формирования транспортных
пакетов и осуществления механизированных погрузочно-разгрузочных,
транспортных и складских операций на железнодорожном, автомобильном и
водном транспорте. Максимально допустимая масса груза, укладываемого на
поддон: - складирование, перегрузка, перевозка - до 1500 кг Настил имеет
толщину 20 мм, состоит из шести досок размером 20 х 100 х 1200 мм. Три
поперечные доски размером 22 x 100 x 800 мм. Поддон стоит на девяти шашках
размером 78 x 100 x 100 мм. Размер трех нижних досок 20 x 100 x 1200 мм.
средний (размер 1200 х 800)
Толщина досок 20-22 мм, состоит из шести-семи досок размером 100 х 1200
мм. Три поперечные доски размером 22 x 100 x 800 мм. Поддон стоит на девяти
шашках размером 80 x 100 x 100 мм. Размер трех нижних досок 100 x 1200 мм.
Максимальная грузоподъемность 1500 кг.
– средний "УШ" (1200 х 800)
Разновидность среднего поддона– небольшие отличия в том, что опорные
шашки чуть-чуть сдвинуты внуть поддона на 70-80 мм. Толщина досок 20-22 мм,
состоит из шести-семи досок размером 100 х 1200 мм. Три поперечные доски
размером 22 x 100 x 800 мм. Поддон стоит на девяти шашках размером 80 x 100
x 100 мм. Размер трех нижних досок 100 x 1200 мм. Максимальная
грузоподъемность 1500 кг.
–средний "Н" (1200 х 800)
Поддон имеет толщину 20-22мм, настил состоит из девяти-десяти досок,
размером 70х1200 мм. Поперечные доски размером 20 x 70 x 800 мм. Девять
шашек размером 70 x 80 x 100 мм. Размер трех нижних досок 70 x 1200 мм.
Максимальная грузоподъемность до 1500 кг.
– хлипкий (размер 1200 х 800)
Поддон имеет толщину 15 мм, настил состоит из пяти досок, размером
70х1200 мм. Поперечные доски размером 15 x 70 x 800 мм. Девять шашек
размером 70 x 70 x 100 мм. Размер трех нижних досок 70 x 1200 мм.
Максимальная грузоподъемность до 500 кг.
–площадка «большой» (1200 х 1000)
Относится к разряду больших поддонов. Максимальная грузоподъемность:
1500 кг Настил поддона, имеющий толщину 20 мм, состоит из девяти досок
размером 20 х 100 х 1200 мм. Три поперечные доски размером 22 x 100 x 1000
мм. Поддон стоит на девяти шашках размером 78 x 100 x 100 мм. Размер трех
нижних досок 20 x 100 x 1200 мм. На всех трех нижних досках выполнены
заходные фаски, облегчающие заезд полозьев гидравлической тележки, а также
фаски выполнены на углах поддона.
–площадка "УШ" (1200 х 1000)
Относится к разряду больших поддонов. Максимальная грузоподъемность:
1500 кг Настил поддона, имеющий толщину 20 мм, состоит из девяти досок
размером 20 х 100 х 1200 мм. Три поперечные доски размером 22 x 100 x 1000
мм. Поддон стоит на девяти шашках размером 78 x 100 x 100 мм. Размер трех
нижних досок 20 x 100 x 1200 мм. На всех трех нижних досках выполнены
заходные фаски, облегчающие заезд полозьев гидравлической тележки, а также
фаски выполнены на углах поддона. Отличительная особенность шашки сдвинуты
во внутрь поддона на 70-80 мм.
–переплет «большой» (1200 х 1000)
Максимальная грузоподъемность: 2500 кг Отличительные особенности: Настил
поддона, имеющий толщину 22 мм, состоит из пяти досок чередующихся по
порядку - широкая (145 мм), две узких (100 мм), широкая, две узких,
широкая. Три поперечные доски размером 22 x 145 x 1000. Поддон стоит на
девяти шашках - крайние шесть размером 78 x 100 x 145 мм, средние три 78 x
145 x 145 мм. Нижние доски имеют толщину 22 мм. Ширина двух крайних досок
100 мм, центральной доски 143 мм. На всех трех нижних досках выполнены
заходные фаски, облегчающие заезд полозьев гидравлической тележки, а также
фаски выполнены на углах поддона. Отличительная особенность основание
прошито с четырех сторон.
–переплет "С-И" (1200 х 1000)
Максимальная грузоподъемность: 2500 кг Отличительные особенности: Настил
поддона, имеющий толщину 22 мм, состоит из девяти досок (1000 х 22 х 100
мм). Три поперечные доски размером 22 x 145 x 1000. Поддон стоит на девяти
шашках - крайние шесть размером 78 x 100 x 145 мм, средние три 78 x 145 x
145 мм. Нижние доски имеют толщину 22 мм. Ширина двух крайних досок 100 мм,
центральной доски 143 мм. На всех трех нижних досках выполнены заходные
фаски, облегчающие заезд полозьев гидравлической тележки, а также фаски
выполнены на углах поддона. Отличительная особенность основание прошито с
четырех сторон.
–триплет (1200 х 1000)
Максимальная грузоподъемность: 500-600 кг. Отличительные особенности:
настил состоит из 9-12 досок (1200мм х 80 мм х 15 мм). Поддон является
двухзаходным. Высота поддона составляет 130-140 мм (от земли). Настил
крепится к трем несущим брускам (1000 мм х 100 мм х 45 мм). Со стороны
основания бруски скреплены тремя досками (1200 мм х 80 мм х 15 мм), что
придает поддону прочность.
–квадрат (1200 х 1200)
Максимальная грузоподъемность: 1800 кг Настил поддона, имеющий толщину
20 мм, состоит из девяти досок размером 20 х 100 х 1200 мм. Три поперечные
доски размером 22 x 100 x 1000 мм. Поддон стоит на девяти шашках размером
78 x 100 x 100 мм. Размер трех нижних досок 20 x 100 x 1200 мм. На всех
трех нижних досках выполнены заходные фаски, облегчающие заезд полозьев
гидравлической тележки.
2) Пластиковые:
–европоддон 1200 х 800
Максимальная грузоподъемность : 3000 кг Особенности: Поддон изготовлен из
утилизированного РЕТ и идеален для хранения и транспортировки любых
изделий. Сочетание сырья, использованного в его производстве (PET), и
специального дизайна позволило создать чрезвычайно прочный поддон,
великолепно подходящий для использования в стойках. Полости по краям,
специальный дизайн и РЕТ-сырье сочетаются и создают чрезвычайно
ударопрочный поддон. Характеристики: Цвета: черный, серый, красный. Крепкая
конструкция. Отсутствие металлических деталей. Пригоден для использования в
автоматических конвейерных системах
–складной 1200 х 800
Гузоподъемность 600 кг. Складной РЕТ-поддон изготовлен из вторично
использованного полиэтилена (РЕТ). Для него характерны высокая механическая
прочность, его легко мыть, у него большой срок службы, он складной, легкий
и поддается утилизации. Этот поддон является экологичной альтернативой
обычным деревянным поддонам. Характеристики: Цвет черный. Легкий. Поддается
утилизации. Складывается в стопку.
–универсальный 1200 х 1000
Максимальный вес 600 кг. Пластмассовый универсальный складной поддон
размером 1200 х 1000. Обеспечивает всестороний доступ. Поддон поставляется
в сером,белом, коричневом или черном цвете.
–пэт поддон 1200 х 1000
Максимальный вес 2000 кг. Пластмассовый универсальный поддон размером 1200
х 1000 – воистину разностороннее изделие. Изготовленный полностью из HDPE –
т.е. не содержащий посторонних материалов – этот поддон идеален для
использования во многих отраслях промышленности. Прочные салазки
обеспечивают совершенство автоматических конвейерных систем. 4-сторонний
доступ обеспечивает удобство обслуживания. Этот поддон поставляется в
сером,белом, коричневом или черном цвете.
Типы контейнеров и их преимущества
Наиболее широко применяемые для перевозок в настоящее время типы
контейнеров представлены в табл 2. Тем не менее, уже сегодня весьма
распространены контейнеры, параметры которых расходятся с рекомендованными
международными стандартами. Внутри США, на направлениях США - Европа и США
- Дальний Восток применяются контейнеры увеличенной высоты, которая
составляет 2,90 м. Вместо рекомендованных 2,44 м. Такие контейнеры размером
12,20x2,44x2,90 эксплуатируются уже с 1984г. Предельно допустимая масса
брутто контейнера в настоящее время составляет 24т. для контейнеров 6,1м. и
30т. для контейнеров - 12,2 м.
Таблица 2–Технические характеристики контейнеров и их преимущества
|Тип |Грузоподъемность |Внутренний |Полезный |Количество |
|контейнера |контейнера (кг) |объем |внутренний |"европоддонов" |
| | |(куб.м) |объем |(ед.) |
| | | |(куб.м) | |
|20-футовый |17920 |29,60 |20,72 |11 |
|24-футовый |21120 |33,00 |23,60 |11 |
|40-футовый |26280 |60,00 |42,60 |22 |
В США быстро развиваются железнодорожные перевозки контейнеров с
использованием двухъярусных платформ, рассчитанных на перевозку двух
контейнеров по 12,2 м или эквивалентного количества контейнеров длиной 6,1
м. Такие платформы объединяются в маршрутные группы по 30 - 50 единиц и
используются для перевозки контейнеров в транзитном сообщении между
транзитными портами или на грузонапряженных линиях между портами и
промышленными центрами. На отдельных наиболее напряженных линиях
организовано движение поездов, насчитывающих до 100 двухъярусных платформ.
Такой поезд обеспечивает перевозку 200 контейнеров длиной по 12,2 м, тогда
как при такой же длине поезд, составленный из стандартных платформ,
перевозит лишь 120 контейнеров.
В пересчете на 6,1-м эквивалент в мире насчитывается почти 4,1 млн.
стандартных сухогрузных контейнеров, что составляет около 85% общего
мирового парка контейнеров. Из данного количества около 2% приходится на
контейнеры, длина которых не равна 6,1 или 12,2 м. Значительная часть
контейнеров нестандартной длины находится в США, где используются
контейнеры длиной 10,7, 13,7 и 14,6 м. В эксплуатации имеется и
незначительное количество контейнеров длиной 3,05 м.
Различают несколько видов контейнеров: Стандартные контейнеры (dry
freight containers), Рефрижераторные контейнеры, Изолированные
контейнеры, Вентилируемые контейнеры, Open Top контейнеры (контейнеры с
открытым верхом), Flatrack контейнеры, Танк-контейнеры, Контейнеры
для насыпных грузов,
По сравнению с поддонами контейнеры обеспечивают еще большую степень
сохранности груза, что связано со следующими факторами:
– обычно контейнер изготавливается из стали или алюминия, его трудно
взломать, не оставив заметных следов;
– контейнер можно запереть с помощью замка и опломбировать, что
придает ему безопасность такого рода, которой обладают трейлеры и
железнодорожные вагоны; при использовании пломб высокого качества и
надежной конструкции их трудно удалить, не оставив следов нарушения;
– в контейнере можно установить целые поддоны, что существенно
повышает степень защиты грузов от хищений;
контейнеры приспособлены для перевозок грузов в смешанных сообщениях и их
можно транспортировать по схеме "от двери до двери" с минимумом задержек и
открываний для проверки содержимого, что, в свою очередь, способствует
уменьшению возможности хищения грузов.
Список литературы
1 Белинская Л.И.,Сенько Г.А. Грузоведение и складское дело на
транспорте.-М.:Транспорт,1990.-383с.
2 Автомобильные перевозки в странах Центральной и Восточной Европы. -
М.: АСМАП. - 1998г.
3 Горелов П.П. Транспортные свойства и характеристики грузов:
Справочник – С.-П.:ЗАО «ЦНИИМФ». - 1999.
4 www.railinfo.ru
5 www.perevozki.ru
6 www.gruzoperevozki.ru
Реферат на тему: Паровые турбины и судовые дизеля
Чтобы попасть в машинное отделение судна, приходится долго спускаться вниз
по многочисленным трапам и потом некоторое время не можешь отделаться от
ощущения, что находишься в какой-то подводной лаборатории. Сверху
пробивается дневной свет, бросая блики на деловито работающие шеренги
могучих стальных машин. Здесь их немало, но первую скрипку в этом отлично
сыгранном ансамбле играет главный двигатель. От него в корму по
специальному туннелю проложен быстро вращающийся вал. На свободный конец
вала насажен гребной винт. Главный двигатель, вращая гребной вал,
заставляет тем самым вращаться винт, который и сообщает судну
поступательное движение.
Кроме главного двигателя—множество насосов: одни из них подают масло,
другие—жидкое топливо, третьи подводят к главному двигателю охлаждающую
воду и т. д. В машинном отделении есть также сепараторы, которые очищают
топливо и масло от примесей, компрессоры, подающие сжатый воздух для пуска
двигателей. Довольно много места занимают так называемые вспомогательные
двигатели; они вырабатывают электрическую энергию для освещения, отопления,
для работы разных устройств и механизмов. Иногда здесь устанавливают
довольно внушительный паровой котел, хотя для него обычно стараются
выделить отдельное помещение. Паровой котел вырабатывает пар для отопления,
для подогрева жидких грузов (на танкерах), для технологических нужд (на
плавучих рыбозаводах) и т. д.
В машинном отделении обычно приходится располагать так много различного
оборудования, что нередко здесь устраивают платформы, чтобы разместить на
них часть машин и механизмов. Тут же, на платформе, предусматривается
мастерская и машинная кладовая.
Для обеспечения естественной вентиляции и освещения над машинным отделением
устраивается шахта, выходящая на верхнюю открытую палубу и закрытая
световым, т. е. прозрачным, застекленным люком. Вот откуда в машинное
отделение проникает дневной свет!
Массивный шаг в развитии пароатмосферных машин был сделан Томасом
Ньюкоменом (Tomas Newcomen, 1663-1729). Двигатель Ньюкомена работал на
насыщенном паре, получаемым в котле при давлении, близком к атмосферному, а
рабочий ход выполнялся за счет создания вакуума в рабочем цилиндре после
его резкого охлаждения. Основой предпосылкой для создания пароатмосферного
двигателя стала необходимость решения задачи дренажа шахт глубокого
залегания.
Один из первых шахтных водоотливных насосов Ньюкомена с цилиндром диаметром
в 8 дюймов (20,32 см) работал по приципу водяного насоса Отто фон Герике и
поднимал воду на высоту в 162 фута (49,4 м), при этом суммарный столб
поднимаемой воды был равен 3535 фунтам (1,6 т). Полезная работа (ход)
насоса осуществлялась цилиндром диаметром 2 фута (61 см) с площадью в 452
кв. дюйма (0,292 кв.м). Избыточное давление пара в котле поддерживалось
равным 10 фунтов на кв. дюйм (0,7 кг/кв.см), температура воды, используемой
для конденсации пара и уплотнения зазоров поршня, - около 150 °F (65 °С).
Указанные параметры цилиндра позволяли создать избыточное усилие на поршне
в 1324 фунтов (600 кгс или 5893 Н), половина из которого расходовалась на
компенсацию тяжести противовеса, а 662 фунтов (300 кгс) обеспечивали работу
механизма насоса. Двигатель работал со скоростью 15 циклов в минуту, при
этом средняя скорость движения поршня достигала 75 футов в минуту (0,381
м/c), а полезная мощность была равна 265 125 фунтам на фут в минуту (6
кВт). Учитывая, что мощность в одну лошадиную силу эквивалентна 33 000
футов на фунт в минуту (745,7 Вт), двигатель Ньюкомена развивал мощность
около 8 л.с.
Сравнительный анализ эффективности насосов Ньюкомена и Савери показал, что
для вакуумного насоса Савери способного засосать воду не более чем на 32
фута (10 м), подъем столба воды весом в 1,6 т. на высоту в 130 ft (39,6 м)
возможен только при давлении в котле не менее 60 фунтов на кв. дюйм (4,2
кг/кв.см), что было практически недостижимо для котлов начала XVIII в.
ПРИНЦИП РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ НЬЮКОМЕНА.
|[pic] |После заполнения цилиндра |[pic] |
|[ Cхема двигателя Ньюкомена ]|паром его подвод перекрывался |Схема |
| |и открывался клапан, |двигателя |
| |обеспечивающий доступ воды из |Ползунова |
|[pic] |водяного бака в цилиндр, после| |
|Реконструкция двигателя |чего пар, заполняющий рабочий |P - паровой |
|Ньюкомена |цилиндр, конденсировался и под|котел, |
| |действием разряжения поршень |Т - водяной |
| |двигался вниз. Затем кран |охладитель, |
| |подвода воды в цилиндр |А, В - |
| |закрывался, вода и конденсат |цилиндры, |
| |сливались и открывался подвод |а ,в - поршни,|
| |пара в цилиндр, при этом | |
| |коромысло двигателя, под |f - кулиса, |
| |действием веса столба воды в |m - клапан, |
| |водоподъемнике опускалось |d1, d2 - |
| |вниз, поднимая при этом |штанги, |
| |рабочий поршень вверх, и цикл |l1, l2 - |
| |повторялся вновь. Противовесы |кулачки. |
| |служили для компенсации массы | |
| |деталей, участвующих в работе | |
| |подъемника. | |
| |Первые двигатели Ньюкомена | |
| |выполняли 6 - 8 ходов в | |
| |минуту, позже скорость | |
| |движения была доведена до 10 -| |
| |12 ходов в минуту. Основной | |
| |недостаток двигателей Нюкомена| |
| |был связан с их чрезвычайной | |
| |громоздкостью и прерывистым | |
| |характером движения насоса. | |
| |Способ преодоления последнего | |
| |недостатка был найден Иваном | |
| |Ивановичем Ползуновым | |
| |(1728-66), разработавшим в | |
| |1763 г. | |
двухцилиндровую пароатмосферную машину.
В машине И. Ползунова впрыск воды в цилиндр для создания вакуума
осуществлялся поочередно с использованием специального кулисного механизма.
На приведенном справа рисунке показана схема двигателя И. Ползунова.
Пробный пуск машины И. Ползунова состоялся в 1766 г., через неделю после
смерти ее изобретателя, но из-за износа кожаного уплотнения цилиндров и
течи в котле машина проработала всего 43 дня и в 1780 г. была демонтирована
и уничтожена.
Первый насос Ньюкомена был установлен в 1712 г. в графстве Стаффордшир
(Staffordshire), а в общем несколько сотен паровых насосов Ньюкомена и
Савери использовались в Европе до появления двигателя Дж.Уатта.
Дальнейшее развитие пароатмосферных двигателей уткнулось в проблему
габаритов, т.к. при использовании только потенциала атмосферного давления
увеличение мощности двигателя достигалось за счет увеличения габаритов
рабочего цилиндра, длина которых на последних двигателех Ньюкомена
достигала уже 10 футов (3 м).
Доктор Робисон (Dr. Robison), автор "Философии механики (Mеchanical
Philosophy)", одной из немногих работ, посвященных истории развития
машиностроения, следующим образом описывает двигатели Ньюкомена,
проработавшие в Шотландии до 1790 г. Диаметр цилиндра водоотливных насосов
- 40-44" (100-112 см), диаметр рабочего цилиндра - 60" (152 см), ход поршня
- 6 ft (183 см). Избыточное давление в котле - 2.77 ft/кв. дюйм (1,95
кг/кв.см), в цилиндре - 2.63 ft/кв. дюйм (1,85 кг/кв.см). Скорость работы
насоса - 15-18 циклов в минуту, развиваемая мощность - 20 л.с. (14,7 кВт).
Паровой двигатель Джеймса Уатта
Следующий шаг в развитии двигателестроения связан с открытием в 1761 г.
понятия скрытой теплоты, названной в последствии энтальпией, и разработкой
методов ее расчета. Исследования проводил Джозеф Блэк, (Joseph Black, 1728-
1799), профессор университета Глазго, которому помогал выпускник
университета, "гражданский инженер" Джеймс Уатт (James Watt, 1736-1819).
Фундаментальное для дальнейшего развития техники явление было открыто в
результате исследования причин неизменности температуры смеси воды и
тающего льда в при ее нагревании.
Осознание возможности выполнения полезной работы путем использования
скрытой энергии пара и установление ее численной взааимосвязи с
температурой и давлением рабочей среды стало возможным только после
завершения формирования кинетической теории газов и понимания сущности
энергии, на что потребовалось почти 60 лет.
Хронология формирования теоретической базы термодинамики
1709: Изобретение спиртового термометра, Габриэль Фарангейт (Gabriel
Fahrenheit);
1714: Закон сохранения энергии (первый закон термодинамики), Готфрид
Лейбниц (Gottfreid Leibniz);
1714: Изобретение ртутного термометра, Габриэль Фарангейт (Gabriel
Fahrenheit);
1724: Открытие явления переохлаждения воды, Габриэль Фарангейт (Gabriel
Fahrenheit);
1731: Водо-спиртовой термометр, Рене Реомюр (Rene Reaumur);
1738: Кинетическая теория газов, Данил Бернулли (Daniel Bernoulli);
1738: Гидродинамика, Данил Бернулли (Daniel Bernoulli);
1742: Обратная стоградусная температурная шкала, Андреас Цельсий (Anders
Celsius);
1743: Прямая температурная шкала Цельсия, Жан Кристин (Jean Christin);
1743: Введение понятия энергии в Ньютоновскую механику, Жан де Аламбер
(Jean d'Alembert);
1744: Введение понятия энергии в гидродинамику, Жан де Аламбер (Jean
d'Alembert);
1744: Открытие взаимосвязи температуры со скоростью движения молекул, Михал
Ломоносов (Mikhail Lomonosov);
1748: Закон сохранения массы и энергии, Михал Ломоносов (Mikhail
Lomonosov);
1752: Открытие вязкости жидких сред, Жан де Аламбер (Jean d'Alembert);
1761: Опыты по фазовым превращениям воды. Открытие скрытой теплоты, Джозеф
Блэк (Joseph Black) – официальная дата появления термодинамики.
В 1765 г. Джеймс Уатт создает первую действующую модель двигателя, рабочий
ход которого обеспечивался не созданием вакуума, а избыточным давлением,
подаваемым в цилиндр для подъема груза.
В период с 1765 по 1769 Уатт создает последовательный ряд все более мощных
моделей и в 1769 г. получает патент на свое изобретение. Несмотря на то,
что первые двигатели Уатта были одностороннего действия, т.к. для шахтных
подъемников не было необходимости обеспечивать полезную нагрузку обратного
хода, преимущество его перед двигателем Ньюкомена была очевидна – мощность
двигателя определялась уже не только габаритами цилиндра, но и давлением
пара.
С 1774 на заводе М. Болтона (Matthew Boulton), вблизи Бирмингема,
начинается выпуск насосов Дж. Уатта, представляющих модернизированный
вариант насоса Ньюкомена.
Начало эпохи транспортного машиностроения относится к 1781 г., когда Уатт
создает двигатель с вращающимся моментом на валу, на котором впервые
применяются планетарный механизм преобразования поступательного движения,
регулятор частоты вращения и водомерное стекло на котле.
В 1784 г. Уатт создает первый двигатель двойного действия с кривошипно-
шатунным механизмом, который на долгие годы стал главной энергетической
установкой морских паровых судов
|Эволюция паровой машины Дж.Уатта |
|[pic] |[pic] |[pic] |
|1774 г. |1781 г. |1784 г. |
С созданим парового двигателя двухстороннего действия с КШМ начинается
разделение энергетических установок на стационарные и транспортные.
Объектом дальнейшего рассмотрения является конкретный класс транспортных
объектов - судовые энергетические установки, тепловозные, автомобильные и
авиационные рассматриваются только в целях сравнительного анализа их
конструктивных и технических параметров.
Роберт Фултон и первые пароходы.
|[pic] |
|Паровой буксир Дж.Халлса (патент,|
|1736 г). |
История создание судов, движимых силой пара, насчитывает несколько
столетий. Привелегии (авторство) на паровые механизмы движения транспортных
судов и лодок в Европе получили: Рамсей (Ramsay, 1578), Грант (Grant,
1630), Лин (Lin, 1632), Форд (Ford, 1637), лорд Сомерсет (Marquis
Worcester, 1640), Чешем (Chatham, 1661), Тугод (Twogood, 1667), Аллен
(Allen, 1682), Халлс (Hulls, 1730), но ни одна из этих моделей не описывает
способа преобразования прямолинейного движения поршня теплового двигателя
во вращательное. Как правило, все схемы движения воспроизводили галерную
схему весельного привода.
В 1730 г. доктор Джон Аллен предложил прототип водометного двигателя, в
котором движение судна обеспечивалось переодическим закачиванием и выбросом
воды из кормовых сопел, для чего предлагалась схема создания вакуума,
применяемая в насосе Савери.
|[pic] |
|Пароход Саймингтона и |
|Миллера (1788 г., 20 т,|
|UK) |
Идея преобразования поступательного движения парового двигателя во
вращательное была предложена англичанином Джонатаном Халлсом (Jonathan
Hulls), получившим в 1736 году первый в истории флота патент на паровое
судно для буксировки кораблей в гавани.
Патент предусматривал использование парового двигателя Ньюкомена, однако
низкая мощность и громоздкость пароатмосферной машины не позволили реально
осуществить этот проект. Реальные попытки установить паровой двигатель на
судно начались только после изобретения Дж. Уаттом паровой машины
избыточного давления (1774 г.).
Эру паровой навигации открывает Клод Франциск Жофрей де Аббанс (Claude
Francois Jouffroy d'Abbans), построивший судно, способное двигаться по воде
без паруса и весел. Первая попытка маркиза де Аббанса построить паровое
судно была предпринята в 1774 г., но окончилась неудачно. Вторую попытку
маркиз осуществил 9 лет спустя. построив колесный пароход "Пироскаф"
("Pyroscaphe") длиной 148,5 ft/45 м.
|[pic] |
|Пароход Дж.Фитча (1790, 30 |
|т). |
На испытаниях. проведенных в 1783 г. на р. Сона вблизи Лиона (Saone,
Lyons). судно 15 минут двигалось против течения с грузом в 182 т., однако
производительность парового котла оказалась слишком низкой для более
продолжительного движения.
В 1787 г. Джеймс Рамсей из Мэриленда (James Rumsey of Maryland) построил и
продемонстрировал на р. Потомак (Potomac) пароход, приводимый в движение
паром, выпускаемым под давлением из специальных сопел в корме судна, при
этом его скорость достигала 4 mi/hr (6.4 км/час).
Практическая эксплутация пароходов началась в США благодаря выдающемуся
американскому инженеру и изобретателю Дж. Фитчу (John Fitchs, 1743-1798),
создавшему первые в истории флота линейные паровые суда. В схеме своего
первого парохода (1787 г.) Дж. Фитч в качестве движителя весла, но уже на
втором паровом судне (1788 г.) Дж. Фитч объединил три весла в круг,
воссоздав в Новом Свете гребное колесо.
|[pic] |
|Винтовое судно Дж.Фитча|
| |
|(1796, 10 т). |
Первая в истории пароходов транспортная, а точнее, паромная линия длинной 8
миль (12.9 км) была открыта Дж. Фитчем на реке Делавер (Delaware) в 1790 г.
между Филадельфией (Пенсильвания) и Бурлингтоном (Нью-Джерси) после
длительного периода доводки судна (1788, 1789 гг.), в ходе которой средняя
скорость движения паромов была увеличина с 4 до 7 узлов.
В 1796 г. Дж.Фитч строит паровой катер с гребным винтом "Collect" и
начинает его испытания в Нью-Йоркской гавани, намного опередив свое время.
К сожалению, несмотря на то, что он отработал на пробных рейсах более 1000
км, изобретение оказалось потерянным после смерти его автора.
Характеристика линейных пароходов (stemboat) Дж. Фича: водоизмещение до 30
т, длина 45-60 фт./14-20 м, ширина 8-12 фт./ 3-5 м, двигатель 10 л.с.,
пассажировместимость до 30 человек.
Пароход Роберта Фултона (Robert Fulton, 1765 - 1815)
Раньше других оценил возможности парохода судья Ливингстон. Он не
разбирался в технических деталях, но был весьма искушенным дельцом и быстро
сообразил, что при надлежащем размахе и хорошей организации дела пароходное
сообщение может дать очень неплохую прибыль.
В 1798 году Ливингстон добился права на установление регулярного
пароходного сообщения по реке Гудзон. Несколько лет Ливингстон пытался
построить паровое судно, привлекая различных механиков. Было сделано
несколько паровых кораблей, но все они развивали скорость не более 5 км/ч.
Разуверившись в местных механиках, Ливингстон в 1801 году отправился во
Францию. Здесь он встретился со своим соотечественником инженером Робертом
Фултона, разрабатывающим для Франции проекты парохода и подводной лодки.
Первые опыты Фултона с самодвижущимися судами относились еще к 1793 году,
когда он, исследуя различные типы гребного колеса, пришел к заключению, что
наилучшим будет колесо с тремя или шестью лопастями. В 1794 году, побывав в
Манчестере, он убедился, что наилучшим двигателем для самодвижущегося
корабля может быть только паровая машина Уатта двойного действия.
В 1797 г. Фултон приезжает во Францию и обращается к правительству
Французской республики с предложением о строительстве подводной лодки.
Предложение было отвергнуто, но настойчивый изобретатель добился аудиенции
у первого консула Наполеона Бонапарта и заинтересовал его идеей подводного
корабля. В 1800 г. Фултон строит подводную лодку и с двумя помощниками
осуществляет погружение на глубину 7,5м. Через год он спускает на воду
усовершенствованный "Наутилус", длиной 6,5 и шириной 2,2 м. Для своего
времени лодка имела приличную глубину погружения – около 30 м.
В качестве движителя подводного хода использовался вращаемый вручную
четырех- лопастной винт, позволявший развивать скорость около 1,5 уз. В
надводном положении лодка двигалась под парусом со скоростью 3 – 4 уз.
Мачта для паруса была укреплена на шарнире. Перед погружением ее быстро
снимали и укладывали в специальный желоб на корпусе. После подъема мачты
развертывался парус, и корабль становился, похож на раковину моллюска
наутилуса. Отсюда и появилось название, которое дал своей подводной лодке
Фултон, а спустя 70 лет заимствовал Жюль Верн для фантастического корабля
капитана Немо.
Погружение и всплытие осуществлялись заполнением и осушением балластной
цистерны. Наутилус был вооружен миной, представлявшей собой два медных
бочонка с порохом, соединенных эластичной перемычкой. Изобретатель
отказался от боевого применения Наутилуса из-за того, что французский
морской министр не удовлетворил его требование присвоить членам экипажа
лодки воинские звания, без чего англичане в случае захвата в плен повесили
бы их как пиратов.
В 1802 г. году Фултон отправляется в Шотландию, чтобы ознакомиться с
построенным там Уильямом Саймингтоном (William Symington) пароходом
"Шарлотой Дундас" ("Charlotte Dundas", 1802 г.), первым паровым судном не
имевшим парусного вооружения. Пароход Саймингтона был несомненно удачной
моделью. Средняя скорость его без груженых барж составляла около 10 км/ч.
Однако этот опыт не заинтересовал англичан. Вскоре пароход вытащили на
берег и обрекли на слом. Фултон присутствовал при испытаниях "Шарлоты" и
имел возможность ознакомиться с ее устройством. Более того, механик-
строитель судна Арон Вейл (Aaron Vail) предоставляет Фултону все документы
и спецификации для установки двигателя, а доктор Картвич (Dr. Cartwright)
передает Фултону чертежи парохода.
Весной 1803 года Фултон приступил в Париже к строительству своего первого
парохода. Он был плоскодонным, без выступающего киля, с обшивкой вгладь.
Паровая машина Уатта была взята напрокат у одного знакомого, но схему
передаточного механизма придумал сам Фултон. Построенный корабль оказался
недостаточно прочным - корпус не выдержал тяжести машины. Однажды во время
сильного волнения на Сене днище проломилось и взятая в долг машина вместе
со всем оборудованием пошла ко дну. С большим трудом все это удалось
достать на поверхность, причем Фултон жестоко простудился во время
спасательных работ. Вскоре был построен новый, гораздо более прочный корпус
судна, имевший 23 м в длину и 2,5 м в ширину. В августе 1803 года на реке
Сена (Seine) было проведено пробное испытание. В течение полутора часов
пароход двигался со скоростью 5 км/ч и показал хорошую маневренность.
Первым делом Фултон предложил свой пароход Наполеону, но тот не
заинтересовался этим изобретением.
В мае 1804 г после заключения академика Французской академии наук Латобре
(Latrobe's) о бесперспективности паровой навигации Р. Фултон приезжает в
Англию, заказывает М. Болтону и Дж. Уатту паровой двигателем (диаметр
цилиндра 2 фута (~600 мм), ход поршня 4 фута (~1200 мм), мощность 24 л.с.).
Здесь он пытается увлечь английское правительство проектом своей подводной
лодки и одновременно следит за изготовлением паровой машины фирмой Болтон &
Уатт. Первые удачные опыты со взрывам судов не столько воодушевили, сколько
привели в замешательство Британское адмиралтейство, по инициативе которого
Фултону была предложена пожизненная пенсия с условием - забыть про свое
изобретение.
Между тем, Ливингстон настойчиво зовет Фултона в Америку. Его шурин и
конкурент Стивенс начинает в 1806 году постройку парохода "Феникс",
надеясь, что получит привилегию на маршрут Нью-Йорк-Олбани, срок которой у
Ливингстона истекал в 1807 году. Надо было спешить со строительством своего
парохода. В конце 1806 г. в Нью-Йорк прибывает заказанный двигатель, и
Фултон немедленно заказывает корпус на верфи Чарлза Брауна. Машинная часть
парохода состояла из котла в форме сундука длиной 6 м при высоте и ширине
несколько более 2 м и вертикального парового цилиндра. Весной 1807 первый
пароход, получивший имя "Клермонт" ("Clermont", водоизмещение ~100 т, длина
133 фт./~40 м, ширина 18 фт./~5 м, высота 9 фт./~2,5 м), был спущен на
воду.
В августе 1807 г. двигатель был установлен на судно и испытан в работе, во
время рейса Нью-Йорк - Олбани (Albany). Расстояние до Олбани составляло 150
миль (241 км), рейс длился 32 часа, возврат по течению реки занял 30 часов.
Паруса не использовались на всем пути. Пароход имел бортовой колесный
привод. Это был первый безостановочный транспортный рейс длительностью
более одних суток, выполненный паровым судном.
"Клермонт" держал эту линию в течение нескольких лет сразу столкнувшись с
крайне враждебным отношением владельцев парусных и гребных судов на
Гудзоне, увидевших в пароходе грозного конкурента. Они то и дело
подстраивали столкновения пароходов с шаландами и баркасами или устраивали
на их пути заторы. В 1811 году в США был принят специальный закон,
грозивший строгим наказанием за сознательный вред, принесенный пароходам.
Пароход Фултона ничем особенным не отличался от своих более ранних
предшественников, однако именно ему суждено было открыть новую эру в
истории судоходства, так как только за первый год эксплуатации "Клермонт"
дал выручку 16 тысяч долларов, предъявив всему миру очевидное
доказательство рентабельности парового флота. Небольшое относительно
пароходов Дж.Фитча увеличение тоннажа судна и мощности машины положило
конец эпохе энтузиастов парового движения и стало фактором экономического
развития страны.
Хотя сам Фултон неоднократно подчеркивал, что идея парохода принадлежит не
ему, именно он впервые удачно воплотил ее в жизнь, и именно с его легкой
руки пароходство начало бурно развиваться сначала в Америке, а потом и во
всем мире.
От парового двигателя к паровой турбине.
|[pic] |
|Паровая машина с |
|тройным |
|расширением пара |
К концу XIX века трансатлантическую линию Европа – США обслуживали пароходы
длиной от 350 до 450 фт. (~100-140 м) с паровыми машинами мощностью 3000-
4000 л.с. Линейные пароходы пересекали Атлантику за 10 - 11 дней и
расходовали от 70 до 100 тонн угля в день.
Низкий к.п.д. паровых двигателей существенно уменьшал полезную
грузоподъемность паровых судов и настоятельно требовал поиска более
эффективных методов топливоиспользования.
Верхом совершенства в изготовлении судовых паровых машин стали двигатели с
тройным расширением пара линейных судов серии "Oceanic", которые строились
на Ирландских верфях с 1870 г.
В 1877 г. пароходы "Германик" ("Germanic") и "Британик" ("Britannic")
поставили рекорд скорости пересечения Атлантики на дистанции 2,830 миль:
Германик - 7 дней 11 часов 37 минут, Британик - 7 дней 10 часов и 53
минуты.
Рекорд скорости строительства судна и количества судов в серии принадлежит
военно-транспортным пароходам проекта EC2, получившего наименование
"Liberty" (Либерти). В период с 1941 по 1947 гг. было построено 2751 судов
этого типа. Первый пароход серии "Патрик Генри" (SS Patrick Henry) был
заложен 27 сентября 1941 г. и строился 70 дней. Спустя несколько лет сборка
парохода "Роберт Е. Пери" (SS Robert E. Peary) заняла четыре с половиной
дня, а через семь дней после закладки киля судно прошло швартовые испытания
и, приняв груз, вышло в рейс.
|[pic] |
|Военно-транспортный пароход проекта |
|"Liberty" |
|(10000 т, 2500 л.с., 11 узлов) |
Строительство "Либерти" было организовано по конвеерному принципу, при
котором все 250000 деталей, входящих в спецификацию судна, собирались в
стандартизованных 250-тонных секциях, перемещаемых между заводами в
соответствии с технологией монтажа судового оборудования. После
комплектации секции доставлялись на верфи, где и происходила окончательная
сборка судна. Строительная стоимость парохода составляла $ 2,000,000.
Характеристики парохода: длина - 441 ft (134 м), ширина 56 ft (17 м),
средняя скорость - 11 узлов. В 5 трюмах пароход перевозил до 9000 тонн
груза, а на палубе - самолеты, танки или локомотивы.
В состав энергетической установки входил паровой двигатель мощностью 2500
л.с. с тройным расширением пара (трехцилиндровый) и два паровых котла,
работающие на жидком топливе (топочном мазуте).
За время Второй мировой войны "Либерти" перевезли 2840 самолетов, 440
танков и 230 миллионов ящиков боеприпасов. В команду парохода входили 44
члена экипажа и от 12 до 25 военных моряков сопровождения и охраны судна.
После войны ВМС США продали почти все суда данной серии, а последние
"Либерти" эксплуатировались до начала 70-х годов, т.е. в течение 25 лет
после окончания войны.
Однако кардинальное повышение эффективности судовых энергетических
установок было связано не с совершенствованием паровых двигателей, а с
изобретением турбин, позволивших не только поднять к.п.д. СЭУ, но и на
порядок уменьшить массогабаритные характеристики судового двигателя.
Термин турбина происходит от французкого слова - turbine, пришедшего из
латинского turbo — вихрь, вращение с большой скоростью, впервые
использованного Героном Александрийским при описании принципа реактивного
движения "Элоопила" (~130 г до н.э.).
|[pic] |
|"Элоопил", 130 г. |
|до.н.э. |
Однако вплоть до начала промышленного использования паровых машин
подогреваемый огнем шар с водой, вращающийся под действием струи пара, был
не более чем игрушкой. Только успехи в применении паровых машин заставили
обратить внимание на свойства колеса, вращающегося под напором струи пара.
Первое упоминание о паровой турбине в Европе связано с именем итальянского
инженера Джованни Бранка (Giovanni Branca), предложившего в 1629 г.
использовать рабочее колесо турбины для размельчения угля и серы при
производстве пороха (см. лекцию 1).
В 1837 г. в Англии и США было сделано несколько паровых колес, например
колесо Авери (Avery at Syracuse, New York) имело диаметр 5 фт (~1,5 м),
однако низкая эффективность одноступенчатой турбины с атмосферным
противодавлением не могла составить конкуренцию паровому двигателю.
Для создания промышленной паровой турбины было необходимо завершить
формулировку законов термодинамики и найти новые инженерные решения для
производства работы с использованием тепловых свойств воды и водяного пара.
Хронология формирования теории тепловых машин - термодинамики.
1798: Выдвижение идеи о взаимосвязи температуры и энергии, Коунт Рамфорд
(Count Rumford);
1824: Формирование теории тепловых машин, Сади Карно (Sadi Carnot);
1827: Открытие Бруоновского движения молекул воды, Роберт Броун
1834: Формулировка второго закона термодинамики, Клайперон (Benoit-Pierre
Clapeyron);
1843: Экспериментальное определение механического эквивалента тепла, Джеймс
Джоуль (James Joule);
1848: Определение абсолютного нуля температуры, Лорд Кельвин, (Lord
Kelvin);
1852: Определение взаимосвязи объема температуры (расширяющийся газ
охлаждается), Джеймс Джоуль и Лорд Кельвин (James Joule, Lord Kelvin);
1859: Закон распределения молекулярных скоростей, Джеймс Клерк Максвелл,
(James Clerk Maxwell);
1874: Второй закон термодинамики, Лорд Келвин, (Lord Kelvin);
1876 - 1878: Формирование законов и понятий химической термодинамики, Иосиф
Гиббс (Josiah Gibbs);
Начиная с 1879 г. термодинамика ориентируется на углубление знаний о
природе тепловых процессов и перестает быть прикладной наукой для
инженеров.
1879: Понятие излучения черного тела, Иозеф Стефан (Josef Stefan);
1906: Третий закон термодинамики, Вальтер Нернст (Walther Nernst);
1916: Кинетическая теория газов, Сидней Чапмен и Дэвид Енски (Sydney
Chapman and David Enskog);
1957: Комптоновское распределение для уравнения Фоккера-Планка, A.S.
Kompaneets. .....
|[pic] |
|Колесо Авери, |
|1837 |
Создание термодинамики, т.е. теоретической базы для расчета тепловых машин,
поставило перед практикой задачу разработки энергетической установки на
базе паровой турбины с вакуумным конденсатором. Патент на первый
паротурбинный двигатель получил американский морской инженер, адмирал
Бенжамин Франклин Изервуд (Benjamin Franklin Isherwood, 1822-1915) в 1857
г.
После проведения в 1870 г. инженерных разработок несколько паротурбинных
установок (ПТУ) были установлены на военные фрегаты серии USS "Wampanoag".
Новый двигатель позволил обеспечить относительно высокую скорость (17,75
узла/33 км.час), но ПТУ на базе одноступенчатой турбины оказались слишком
сложными в изготовлении, но не более эффективными, чем паровые машины
(к.п.д. 6-8%), вследствие чего нашли применение лишь в качестве двигателей
судов береговой охраны (USGS), предназначенных для перехвата
контрабандистов.
Массовое применение паротурбинных установок на флоте связано с созданием
многоступенчатых паровых турбин, позволивших поднять КПД паровых машин с 4-
5% до 15-18%., что было незамедлительно использовано в промышленной и
морской энергетике. Создание современных паровых турбин связано с именами
выдающихся инженеров XIX века: шведом К. Лавалем и англичанином Ч.
Парсоном.
В 1878 г. шведский инженер Карл Густав Патрик де Лаваль (Carl Gustav Patric
de Laval, 1845 -1913) изобрел центробежный сепаратор, принцип работы
которого был позже применен для изготовления стеклянных бутылок.
В 1882 г. Лаваль создал первую импульсную паровую турбину, в 1883 г.
построил и использовал морскую реверсивную турбину, запатентованную в 1883
г., частота вращения которой достигала 42 000 оборотов в минуту.
|[pic] |
|Первая морская турбина Парсонса,|
|1894 |
|[ увеличить ] |
В 1896 г. Лаваль разработал паровую турбину для электростанции, работа
которой требовала создания давления в 3400 фунтов на кв. дюйм (239
бар/кг.кв.см), что было не достижимо для технологий конца XIX века.
Главная заслуга Лаваля в разработке паровых турбин заключалась в том, что
конструкция его сопла позволила примерно в 5 раз увеличить возможность
использования потенциальной энергии струи пара, повысив скорость его
истечения c 800 ft/с (244 м/c) до 4000 ft/c (1220 м/c), но несмотря на это,
одноступенчатые паровые турбины не позволяли дать однозначного заключения
об их приемуществе перед паровыми машинами.
Промышленное использование паровых турбин стало возможным лишь после того,
как сэр Чалз А. Парсонс (Sir Charles Algernon Parsons, 1854-1931) создал в
1884 первую мнгогоступенчатую паровую турбину мощностью 10 л.с. (18 000
об/мин). Турбины Парсонса использовались для привода электрогенераторов,
мощность которых на первом этапе развития электроэнергетики составляла от 1
до 75 кВт.
|[pic] |
|Многоступенчатый паротурбогенератор |
Основное значение паровых турбин в истории техники заключается в том, что
они обеспечили экономическую рентабельность использования паровой энергии
не только для промышленности, но и для бытового обслуживания населения. В
частности, первое в истории уличное освещение было установлено в Кэмбридже
в 1895 г., для чего использовались четыре 100 кВт генератора с турбинами
Парсонса.
Современные турбины представляют многоступенчатые агрегаты, собираемые в
блоки, включающие последовательность из нескольких турбин высокого,
среднего и низкого давления. Такая компоновка позволяет достигнуть высокой
эффективности использования тепловой энергии пара (свыше 40 %), что
сопоставимо с эффективностью современных мощных малооборотных дизелей.
Эти показатели в сочетании с относительной дешевизной топлива для ТЭЦ и АЭС
делают паровую турбину основным элементом современных электростанций.
Мощность современных паровых турбин достигает 1000 мегаватт.
В 1899 г. на ходовых испытаниях корабли легко показали скорость свыше 30
узлов, однако их судьба оказалась печальной. В том же году "Гадюка"
разбилась, наскочив на мель в Ла Манше, а месяцем позже "Кобра" взорвалась
на рейде Тейна ("Tyne"). Несмотря на то, что по результатам расследования
аварии Адмиралтейство полностью реабилитировало фирму Чарльза Парсонса,
трагедия, унесшая жизнь 77 человек, включая его сотрудников, очень серьезно
сказалась на его здоровье и привела к почти двухлетнему отказу от активной
производственной деятельности.
В 1902 г. Британское Адмиралтейство модернизировало энергетическую
установку 15-летнего эсминца "Velox" и по итогам годовой эксплуатации ПТУ
приняло решение о том, что с 1905 г. все новые корабли Великобритании
должны оснащаться только паротурбинными двигателями.
В 1905 - 1906 гг. Адмиралтейство ввело в строй корабли нового поколения,
оснащенные паротурбинными установками, обеспечившими техническую базу для
качественного скачка в строительстве военного флота: крейсер HMS Amethist
(110 м, 3000 т, ПТУ - 14000 л.с., 23-33 узла) и линейный корабль HMS
Dreadnought.
Характеристики линкора "Дредноут": L/B/D: 160.3x25x8.8 м, водоизмещение -
21845 т., экипаж: 657-773 чел.; вооружение 10 x 12". Бронирование: броневой
пояс - 11", палуба - 4"; машина: ПТУ - 23000 л.с., винтов - 4 , скорость -
21 узел.
С точки зрения развития СЭУ линкор "Дредноут" открыл новою эпоху в военном
судостроении, закончившуюся созданием в 1941 г. четырехвинтовых линейных
кораблей Yamato ("Ямато") и Musashi (“Мусаси”) водоизмещением 72 809 т и
мощностью ПТУ - 150 000 л.с.
[pic]
Yamato ("Ямато"), линкор класса Yamato. L/B/D: 263х38.9х10.4 м,
водоизмещение - 72809 т, корпус - сталь, экипаж - 2500 чел., вооружение -
9x18.4", 12x6.2", 12x5.1", 24x25мм. Бронирование: броневой пояс - 16.4",
палуба - 9.2". Скорость 27 узлов. Линкор был потоплен в конце Второй
мировой войны (6 апреля 1945 г.) в результате атаки более 400 самолетов
морской авиции США при сражении за Окинаву. 10 авиационных торпед и 58 бомб
поставили точку на пяти столетиях артиллерийских морских сражений.
В 1943 г. военно-морские силы США начали принимать на вооружение линкоры
класса Iowa ("Айова") водоизмещением 55 250 т, мощностью ПТУ - 212 000
л.с., скоростью 33 узла, но на военном флоте дальнейшее развитие СЭУ уже не
было связано с линейными кораблями.
Первым пассажирским турбоходом стал построенный в 1901 г. "King Edward"
("Король Эдуард", 76 м., 650 т., 8500 л.с., 20-48 уз.). В 1905 г. началась
регулярная трансатлантическая навигация паротурбинных пассажирских судов
"Victorian" ("Викторианец") и "Virginian" ("Виржинец"), а с 1907 г. на
линию выходят самые большие четырехвинтовые пассажирские суда с ПТУ
мощностью 73000 л.с. - "Mauretania" ("Мавритания") и "Luisitania"
("Лузитания"), построенные для перевозки эмигрантов в США.< | |
