Статьи
Авторизация
В продаже - № 3(78) 2017
Тест-драйв
>

 

 

 

Поиск по журналу
Настройки поиска:
в номере:
по рубрике:
тема:
статьи автора:
Тепло извне
Тема: ------; Автор: Васильев Игорь; Страница в журнале: 0;

В старом и бессмысленном споре, что же переносится легче – жара или холод, аргумент «дальше кожи не разденешься» не представляется таким уж весомым. Ибо авторитеты (Данте Алигьери и др.) утверждают, что в аду мучают всё-таки холодом. Между тем разумное сочетание того и другого позволяет получить не только стоны и скрежет зубовный, но и полезную работу.

Главный недостаток двигателя внутреннего сгорания – именно во внутреннем сгорании. Удивительно, как при скорости 50-100 тактов в секунду в цилиндре вообще что-то сжигается. При этом образуется тепло, которое для работы в принципе не нужно и даже вредно, и шум – процесс-то прерывистый. Да и топливо в цилиндр в абы-каком виде не запихнёшь – оно должно быть удобоваримым. Бензин, керосин, дизтопливо, разные газы – метан, пропан, бутан и их смеси. Всё это достаточно дорого. Альтернативная экзотика – топливо из сои, метанол, водород – тоже пока не дешева, а распространённая в Бразилии практика заливать в бак этиловый спирт на взгляд нашего человека ещё и варварство. Или вот – «индийский биодизель был изготовлен из низкокачественного рыбьего жира». Стоп, где-то я это уже читал, причём давно. Точно: Николай Носов, «Приключения Незнайки». Автомобиль Винтика и Шпунтика ездил на рыбьем жире, что бесило доктора Пилюлькина, считавшего его лекарством.
Всеми, кто работает над альтернативными источниками энергии, движет нормальное желание заработать на этом если не сейчас, так во время будущего энергетического кризиса. Да и нефть имеет смысл экономить – из неё можно получать вещи покруче бензина (эпоксидные смолы, например). Экология разработчиков не волнует. И правильно – человеку нормальному до неё не должно быть дела. Напротив, они сами жертвы «зелёного движения», которое на самом деле чудесный механизм выкачивания денег.
После того как миллиарды улетучились в «озоновые дыры», коих и не существовало, нашли нового козла отпущения – углекислый газ. Предположим, что глобальное потепление существует и что СО2 его виновник. Ну и что поделать? Тысячу лет назад на Земле было гораздо теплее. В Англии рос виноград, в Гренландии – пшеница. Норвежцы, кстати, в начале ХІІ века потому оттуда и убрались, что стало холодно. Кто так надышал? Если не брать в расчёт крайности вроде города Мехико, где бросать курить бесполезно, и атомных взрывов в атмосфере, то серьёзно ущерб от людей рассматривать нельзя. Что до углекислого газа, то он и при динозаврах наличествовал – иначе как бы планета покрылась лесами? Для фотосинтеза это неотъемлемая составляющая. Допустим, завтра остановятся все автомобили, суда, тепловозы, погаснут все топки. Дышать дозволяется – всё человечество по массе втрое меньше насекомых планеты, можно пренебречь. Что изменится? А ничего. Двенадцать лет назад громко чихнул Карымский вулкан на Камчатке – в мировых масштабах даже не событие. А углекислого газа при этом выбросил столько, сколько Лондон со времён Столетней войны. Позволю себе длинную цитату: «Задача: бомбардировщик М-4 над Соединёнными Штатами. Краситель абсолютный – совершенно не пропускает радиации. Допустим, нам удалось такой разработать. Высота – 15000 метров. В километре от самолёта происходит подрыв стандартного ЯЗУ ракеты «Найк-Геркулес», тротиловый эквивалент 10 килотонн. Вопрос: что произойдёт с бомбардировщиком? Ответ: его сомнёт ударной волной. Вывод: спецкраситель нужен стратегическому бомбардировщику как мёртвому припарки!» (Виктор Суворов, «СК», в книге «Освободитель»).
Так что на самом деле в серьёзных фирмах слово «экология» без дрожи произносят только работники пресс-служб и рекламных отделов. То, что в моде, приносит большие деньги, а в моде сейчас экология.
А что говорят Адамы Смиты? В США единица энергии, получаемая из угля, в девять раз дешевле такой же нефтяной. Да и запасов его при нынешних темпах хватит на 293 года (замечено, что некруглым числам больше доверия). Уголь, конечно, тянет на альтернативное топливо только применительно к чему-то небольшому и мобильному. Дом, например, уже сейчас можно сделать полностью обеспечивающим себя теплом и электричеством прямо из воздуха, и такие в Канаде производят серийно. В отличие от автомобиля уголь и даже дрова на катере не выглядят так уж нелепо, но КПД паровой машины маловат. В принципе, поднять его до уровня ДВС несложно – надо повысить рабочее давление. А это страшно, не говоря уже о том, сколько такая машина будет весить и занимать места. Но и это не всё. Нам Регистра вполне хватает, даже с лихвой, а если ещё и Котлонадзор… Но паровая машина – не единственный механизм, где чисто и бесшумно можно сжигать дешёвое топливо. Потому что есть ещё двигатели внешнего сгорания.
Вообще-то в физике работу любого теплового двигателя описывает цикл Карно. Но проще и нагляднее увидеть это действо на примере пароатмосферной машины. Пароатмосферная машина, она же просто атмосферная, она же вакуумный двигатель, появилась даже раньше привычной машины Уатта.
Вакуумный двигатель представляет собой герметичный цилиндр, в котором перемещается поршень. В цилиндре может быть воздух и вообще любой газ, налита вода или эфир – не принципиально.
Первые двигатели, предназначенные для откачки воды из шахт, работали так. Под огромный цилиндр на полозьях закатывали жаровню. Любой газ при нагревании на 1 градус Цельсия увеличивается в объёме на 1/273 первоначального. Воздух или пар поднимал поршень вверх, в ВМТ (верхней мёртвой точке) жаровню выкатывали, а цилиндр обливали водой. Вниз поршень гнало уже атмосферное давление. Перекурив, процесс повторяли. Мощность есть работа за единицу времени, и двигатель с такой частотой вращения получался достаточно большим – с дом этажа в три. Так что кроме шахты приткнуть его было некуда. Да и металл цилиндра, который бросало то в жар, то в холод, долго не выдерживал.
В 1816 году пресвитерианский священник из Эдинбурга Роберт Стирлинг разделил процесс – нагрев, охлаждение и рабочий ход теперь проходили в отдельных цилиндрах. Один конец цилиндра постоянно охлаждался, к другому так же постоянно подводилось тепло. Когда поршень-вытеснитель, связанный с рабочим через коленчатый вал, находился в «холодной» полости, в «горячей» воздух расширялся и толкал рабочий поршень. При обратном ходе воздух перетекал в «холодную» полость и там уменьшался в объёме, не создавая сопротивления.
Преимуществ полно – цикл бесшумен, годится любое топливо вплоть до торфа. Если в двигателе применено чётное число цилиндров, то он ещё и уравновешен – на работающий мотор можно поставить на ребро монету, и она будет стоять. Стандартный моторесурс 100000 часов, грубо – 11 лет непрерывной работы. И смазка почти не расходуется. Недостатки тоже имеются. Регулирование мощности, конечно, сложнее, чем у ДВС, и осуществляется изменением давления рабочего тела, то бишь газа внутри цилиндров. Лучшие газы – водород и гелий (вследствие их низкой вязкости). Но они имеют свойство улетучиваться даже из абсолютно герметичных объёмов. Поэтому двигатели, выпускаемые с коммерческой, а не только выставочной целью (есть в мире две-три фирмы, которым не хватило терпения) работают на обычном воздухе и при давлении в 20, а не в 200 атмосфер. Их показатели, конечно, пониже, чем водородно-гелиевых, но не катастрофически, зато регулировка куда проще. Ещё недостаток – только водяное охлаждение, хотя есть движки и с воздушным, обычно в игрушечном исполнении. Но для судового двигателя это не проблема.
Распространены стирлинги исключительно широко, более того – хоть один да есть в каждом доме. Двигатель работает по обратимому циклу, и если не подводить тепло, а наоборот, только охлаждать и вращать вал, получится холодильная машина. Ведь в каждом холодильнике и кондиционере стоит полноценный стирлинг. Если же говорить о нём как о двигателе, то, кажется, нашлась наконец рыночная ниша, где ему уютно, тепло и сыро. Как привод автономных электрогенераторов это просто находка. Уже есть маломощные модели, которые работают, если их поставить на что-то горячее. Жаль, пока дорого и не на каждом углу. А так было бы полезно: электричество отключили, ночь, а позарез нужен компьютер или мобильный телефон разрядился. Хотя и здесь неизвестно, не проще ли держать про запас несколько батареек или даже купить инвертор, чем громоздить на газовую плиту генератор. А вдруг и в баллоне газ кончился? А вот если надо вдохнуть жизнь в морозильную камеру, то вариант весьма неплохой.
Но на транспорт стирлинги так и не пришли, хотя в 60-80-е это казалось неотвратимым. Опытные образцы фирмы «Филлипс» тех лет и сегодня можно поставить на катера с впечатляющим результатом. Почему этого не случилось? Ответ содержится в заявлении одного из директоров компании: ««Филлипс» может себе позволить фундаментальные исследования без немедленного внедрения полученных результатов в производство». В переводе на человеческий язык – есть в мире силы, не заинтересованные в победном шествии двигателей внешнего сгорания по планете. Достаточно могущественные, чтобы уговорить транснациональную корпорацию не спешить. Впрочем, так было всегда и касалось это не только стирлингов…


От редакции
Дотошные эксперты-мотористы, вероятно, не во всём согласятся с автором. Да и мы заглянули в физику тепловых процессов, прежде чем публиковать материал. Но – тут мы солидарны с Васильевым – в мире ещё много неоткрытых чудес. Будем надеяться…



Статьи