Rozdział 2 - Klasyczny silnik parowy

W zastosowaniach motoryzacyjnych, morskich, kolejowych oraz stacjonarnych, tłokowy silnik parowy prawie całkowicie zastąpiony został przez silnik spalinowy. Za przyczynę jego praktycznego zaniku przyjmuje się niższą sprawność cieplną w porównaniu z silnikiem spalinowym.

Poniżej podanych jest kilka wad klasycznych silników parowych, a które to wady wpłynęły na dalsze rozważania:

• Ten typ silnika wykorzystuje parę przy stosunkowo niskim ciśnieniu (do ok. 150 kPa), a to oznacza, że cylindry muszą mieć większą pojemność w porównaniu do cylindrów silnika spalinowego o takiej samej mocy.
   
• W tłokowym silniku parowym zawory wlotowe i wylotowe otwierają się i zamykają raz na każdy pojedynczy obrót silnika, w przeciwieństwie do silnika spalinowego czterosuwowego, w którym zawory te otwierają się i zamykają raz na każde dwa obroty. Oznacza to, że mechanizm zaworowy w silniku parowym musi pracować z dwukrotnie większą prędkością przy danych obrotach silnika w porównaniu z typowym silnikiem spalinowym. Z kolei, prędkości pracy zaworów stanowią ważny czynnik ograniczający maksymalną prędkość obrotową dowolnego silnika tłokowego. Dlatego też silniki parowe muszą pracować przy znacznie mniejszych prędkościach obrotowych niż silniki spalinowe, i nie są one w stanie wykorzystać możliwości wytworzenia wyższej mocy wyjściowej przy wyższej prędkości obrotowej.
   
• Również w odniesieniu do mechanizmów zaworowych, praca silnika parowego wymaga zmienności faz rozrządu zaworowego i czasu trwania otwarcia zaworu, co czyni układ zaworowy silnika parowego znacznie bardziej skomplikowanym, niż układ zaworowy w silnikach spalinowych.
   
• W celu osiągnięcia sprawności, cieplnych porównywalnych z uzyskiwanymi w silnikach spalinowych, konieczny jest odzysk ciepła z pary odlotowej (w skraplaczu) oraz z pary z paleniska (w wymienniku ciepła). Tak skraplacze jak i wymienniki zajmują wiele miejsca stanowiąc dodatkowe elementy podnoszące koszty rozwiązania.
   
• Aby silnik parowy mógł poprawnie funkcjonować, przewody parowe oraz otwory pod zawory muszą być relatywnie duże, gdyż objętość pary przy ciśnieniu atmosferycznym jest 1600 razy większa od objętości wody. Fakt ten zwiększa gabaryty i komplikuje konstrukcję tych elementów w porównaniu z silnikiem spalinowym, gdzie przewody powietrza i otwory zaworowe mogą być prostsze i mniejsze.

Z tych powodów klasyczne silniki parowe są zazwyczaj znacznie większe niż silniki spalinowe o tej samej mocy, nawet bez uwzględnienia zewnętrznych systemów odzysku ciepła. Ich gęstość mocy jest też niższa, zaś ich koszt - wyższy. Jeśli nie stosować układów odzysku ciepła, zużycie paliwa wzrasta. Gdy zaś brak zajmujących sporo miejsca układów skraplających, silniki te wymagają ciągłego uzupełniania zużywanej wody.

Warto tu zauważyć, że silnik parowy w postaci turbiny jest cały czas szeroko stosowany przy wytwarzaniu energii elektrycznej. Gdy połączyć go z wysoko wydajnym układem odzysku ciepła, takie rozwiązanie pozwala na osiągnięcie sprawności cieplnej rzędu ponad 50%.

Dla porównania, klasyczny parowy silnik tłokowy, jak np. ten stosowany w kolejnictwie w lokomotywach parowych, odznaczał się sprawnością cieplną rzędu 10-15%. Wydaje się więc zasadne zauważyć, że klasyczny parowy silnik tłokowy nie może konkurować w dzisiejszych zastosowaniach z silnikiem spalinowym, osiągającym sprawność cieplną na poziomie 25-35%, i odznaczającym się wyższą gęstością mocy oraz niskimi kosztami produkcji.

>> Końcowa postać silnika parowego do napędu pojazdów samochodowych (Rozdział 3)

   Copyright  © 2004 Huzar Power Sp. z o.o. Wszystkie prawa zastrzeżone.