Wstęp

Maszyny obiegu parowego (silniki parowe), a przede wszystkim te wykorzystujące wodę jako medium w obiegu dwufazowym, mają długą historię w napędach stosowanych zarówno w obiektach stacjonarnych, jak i poruszających się.
Silniki w postaci turbin parowych wytwarzają większość energii elektrycznej produkowanej na świecie. Z drugiej strony, parowe silniki tłokowe praktycznie znikły z użycia, lecz w przeszłości napędzały kolejowe lokomotywy parowe, samochody, okręty a nawet samoloty. W zastosowaniach do obiektów stacjonarnych napędzały z kolei generatory energii elektrycznej, pompy i maszyny w fabrykach.

Klasyczny tłokowy silnik parowy zastąpiony został przez silnik spalania wewnętrznego (silnik spalinowy), który jest bardziej wydajny, mniejszy, lżejszy i tańszy w produkcji. Idea silnika parowego jednak nie umarła i czyniono wiele prób w celu jej odrodzenia. Siłą napędową tego odrodzenia, szczególnie od lat siedemdziesiątych, były obawy o stan środowiska oraz przepisy prawne, głównie w zakresie jednostek napędowych samochodów.

Silnik parowy jest silnikiem spalania zewnętrznego i to daje mu jedną fundamentalną przewagę nad silnikami spalania wewnętrznego, gdyż powoduje on znacznie mniejsze zanieczyszczenie środowiska. Silnik parowy napędzany odpowiednią cieczą lub paliwem gazowym jest w stanie sprostać obecnym standardom w zakresie emisji substancji zanieczyszczających środowisko bez oczyszczania gazów spalinowych.

Tymczasem pojazdy samochodowe napędzane silnikami spalania wewnętrznego wymagają katalizatorów i układów filtrujących, zaś producenci, by sprostać stale zaostrzanym normom emisji substancji szkodliwych, zmuszeni są do wykorzystywania elektroniki oraz zaawansowanych technicznie układów wtrysku.

Zanieczyszczenie środowiska oraz systemy wpływające na oszczędność paliwa odpowiadają za prawie połowę kosztów współczesnych silników spalania wewnętrznego. Co więcej, coroczne wyzwania dla producentów do zmniejszania szkodliwości silników spalinowych dla środowiska stają się coraz trudniejsze do spełnienia. Dalsze zmniejszanie poziomów emisji z silników pojazdów samochodowych możliwe jest poprzez jeszcze większą optymalizację procesu spalania, wskutek zastosowania zmiennej fazy rozrządu zaworów, bardziej zawansowanych technicznie układów wtrysku oraz dokładniejsze oczyszczanie gazów spalinowych. Jednakże wszystkie te działania powodują większą złożoność i oczywiście wyższe koszty produkcji i eksploatacji silników spalinowych.

Obecnie inżynierowie zmuszeni zostali do przyznania, że silnik spalania wewnętrznego, w sposób, w jaki napędza on pojazdy samochodowe, wkrótce osiągnie kres swych możliwości modernizacji. Dlatego też opracowuje się rozwiązania alternatywne, umożliwiające łatwiejsze spełnienie przyszłych norm w zakresie emisji.

Jedno z takich rozwiązań, a konkretnie silnik wysokoprężny napędzający prądnicę, która następnie zasila silnik elektryczny, jest już rzeczywistością. Na badania jednej z alternatyw, mianowicie pojazdu elektrycznego napędzanego ogniwem paliwowym, przeznacza się coraz większe środki, lecz nie ma jeszcze pewności, że stanie się on oszczędnym rozwiązaniem technicznym.

Parowy silnik tłokowy promowano od początku lat siedemdziesiątych XX w. jako alternatywne źródło energii, w szczególności dla pojazdów samochodowych. Pojazdy prototypowe potwierdziły niski poziom emisji, ale niemożliwe okazało się wytworzenie silnika parowego, którego ekonomiczne wskaźniki zużycia paliwa odpowiadałyby wskaźnikom znanym z silników spalania wewnętrznego przy zastosowaniu technologii dostępnych trzydzieści lat temu. Ponadto problemem było sprowadzenie gabarytów tych silników oraz ich masy do wielkości porównywalnych z silnikami spalinowymi.
Biorąc to pod uwagę, pomimo że badania poczynione w latach 70-tych pozwoliły dokonać znaczących kroków naprzód w dziedzinie zastosowania silników parowych do napędu pojazdów samochodowych, branża ostatecznie odrzuciła ideę ich odrodzenia.

Jednak nowe materiały i bardziej zaawansowane systemy sterowania motywowały konstruktorów do wykonywania prób na nowo. Ilekroć metody te poprawiały silnik parowy, musiał on jednak zmierzyć się z silnikiem spalinowym, także poprawianym w ostatnich latach, przez co ten ostatni oferował lepsze osiągi i mniejszy poziom emisji. Wystarczy powiedzieć, że od lat 70-tych ekonomię spalania silników spalinowych poprawiono od 30 do 50%. Propagatorzy energii pary musieli się więc zmierzyć z coraz bardziej oddalającym się celem.

Obecnie widać na horyzoncie przełom, jako że wyłaniają się dwie oddzielne tendencje. Z jednej strony silniki spalinowe stają się coraz bardziej złożone i drogie, i osiągają kres swych możliwości w zakresie sprostania przyszłym standardom emisji - w rzeczywistości zbliżając się do technologicznej ściany.
Z drugiej strony można obecnie produkować silniki parowe, które będą lżejsze, mniejsze, tańsze w produkcji i będą w stanie osiągnąć wyższą prędkość obrotową. Paradoksem jest to, że poprawa parametrów silników parowych nastąpiła na skutek adaptacji najnowocześniejszych technologii opracowanych dla silników spalinowych. Takie silniki parowe mogą teraz stać się poważnym konkurentem silnika spalinowego w sektorze małych i średnich jednostek napędowych.

W celu łatwego i przejrzystego zapoznania się z tematem, monografia niniejsza obejmuje:

Klasyczny silnik parowy (Rozdział 2)
Końcowa postać silnika parowego do napędu pojazdów samochodowych (Rozdział 3)
Emisja zanieczyszczeń a silnik parowy (Rozdział 4)
Badania nad silnikiem parowym do napędu pojazdów samochodowych od lat 30-tych (Rozdział 5)
Ogniwa paliwowe i inne rozwiązania alternatywne (Rozdział 6)
Para impulsowa (Rozdział 7)
Inne systemy napędu parowego (Rozdział 8)
Silnik parowy XXI wieku (Rozdział 9)
 

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