Паровые автомобили СССР

Но, может, этот девайс всего лишь драндулет, использование которого не оправдано ни с какой стороны? Это ж паровик, КПД «как у паровоза» и т.д. Признаюсь, при начале прочтения поста первая мысль была именно такая. Но КПД – это всего лишь цифра. Если без объезженных стереотипов просчитать и другие цифры, почитать отзывы комиссий… Может, картина сложиться совсем другая.
Паромобиль во дворе НАМИ, 1948 год.
В 1948 году был изготовлен автомобиль, который заправляли дровами. Разработчик и изготовитель – Центральный научный автомоторный институт, СССР.
Автор статьи Дмитрий Дашко
Журнал «Грузовик-пресс» № 11 2011 год

Предшественники
В 1927 году ненадолго возрос интерес к автомобилям парового типа, благодаря освоению парового двигателя высокого давления. Это позволило продержаться паромобилям, как грузовым так и легковым, в производстве до конца 1930-х годов.
Советские инженеры впервые обратились к автомобилям с паровыми двигателями в середине 1930-х годов. НИИ механизации лесного хозяйства в 1935 году предложил проект парового трехосного грузовика на базе ЯГ-10. Опытный экземпляр не был построен ввиду сложности изготовления — в конструкцию ЯГ-10 вносилось слишком много изменений. В том же году в Научном автотракторном институте (НАТИ) было создано Бюро паросиловых установок, которое занималось испытаниями всевозможной техники с паровыми двигателями. В 1936 году там испытали легковой паромобиль Double, в 1938 году шеститонный грузовой Sentinel S4 с котлом низкого давления. Британский Sentinel топили углем, и, несмотря на все минусы такой заправки, эксплуатация оказалась выгодней, чем на обычной бензиновой машине. Литр бензина тогда стоил девяносто пять копеек, а килограмм угля всего четыре копейки.

К концу 1930-х годов автомобили, работающие с газогенераторными установками, прочно обосновались в лесной промышленности нашей страны, однако грузоподъемность таких машин была невелика, а установка сложна в эксплуатации.

В 1940 году спецбюро под руководством И. С. Скиридова приступило к постройке парового грузовика МП-28. В СССР впервые решили применить компоновку «кабина перед двигателем», т.к. это позволяло выдвинуть вперед кабину, а паровой двигатель и котел установить между кабиной и грузовой платформой. Для грузового автомобиля спроектировали паросиловую установку с прямоточным котлом высокого давления, конденсатор, турбины вентилятора и парогенератора. Вся эта установка должна была базироваться на шасси ЯГ-6.
Пятитонный автомобиль должен был оснащаться 4-х цилиндровым двигателем двухстороннего действия мощностью 120 л.с. при 1500 об/мин. Котловое давление паросиловой установки – 100 атм., топливо – любое жидкое. Машина должна была развивать скорость 40 км/ч. Был также разработан паровой котел – парогенератор ПТ1 для работы на твердом топливе – антраците. Он имел также котловое давление 100 атм. и поверхность нагрева 12 кв.м. Паросиловая установка работала по замкнутому циклу с двухсторонним расширением. Цилиндры имели диаметр 75 мм и высоту 130 мм. Однако в 1941 году тема снимается с плана института — завод НАМИ переквалифицировался под выпуск военной продукции. Машину бросили недостроенной, но идею не оставили.

В 1946 году были проведены испытания парового тягача «Саксенберг», проведенные под руководством Ю. А. Шебалина и консультанта С. В. Татищева. Немецкий магистральный паровой тягач модели DW-60 был изготовлен в 1944 году. Вес автопоезда с двумя прицепами составлял 15000 кг. С таким весом автопоезд развивал скорость до 35 км/ч. На тягаче размещались бункеры для 450 кг топлива и водяные баки емкостью 400 л. Автомобиль с такими параметрами инженерам понравился. В том же году, 2 июля, на научно-техническом совете Минавтопрома обсуждались результаты этих испытаний, после которых Министерство лесной промышленности пролоббировало постройку отечественных паровых автомобилей.

Собственный автомобиль
Отмашкой для начала работ по созданию отечественных образцов паровых автомобилей стало постановление Совета Министров СССР от 07 августа 1947 года «О механизации лесозаготовок и освоении новых лесных районов». Указанным постановлением НАМИ было поручено разработать конструкцию и построить лесовозный паровой автомобиль, работающий на дровах. Такого в мировом автомобилестроении точно еще не было — чтобы заправить машину достаточно было подбросить в нее дровишек… Удаленные районы страны сильно нуждались в повышении качества перевозок и их удешевлении. Работа автомобиля на местном топливе увеличивала бы экономический эффект в разы.

За альтернативный проект взялось и Министерство автомобильной и тракторной промышленности (МАТП), которое заказало разработку паромобиля… в Берлине в своем местном техническом бюро. В основу работ легло предложение фирмы Buttentut, находившейся в английском оккупационном секторе Берлина, о создании паровой силовой установки для автомобиля с минимальными переделками базового двигателя внутреннего сгорания — изменялись головка цилиндров, трубопроводы, система управления. Подобный паромобиль был создан еще до войны на шасси грузовика, переделанного из Ford-Koeln. В том же 1947 году в НАМИ были направлены описание и чертеж паровой машины.

По соглашению с советской стороной фирме Buttentut должны были поставить шасси ЯАЗ-200 в комплекте с дизелем ЯМЗ-204, однако по невыясненным причинам ярославцы к 1948 году так ничего в Германию и не прислали. Техническое бюро в Германии решило закупить 85-сильный дизель Kamper, который, по заверениям представителей Buttentut, после переделки должен был выдавать 125 л.с… Было также закуплено шасси пятитонного грузовика Bussing для установки на него этого двигателя. Пар производился в водотрубном котле с пароперегревателем и экономайзером, построенном по лицензии фирмы Le Mont. По расчетам, производительность котла должна была быть на уровне 800 кг пара в час при перегреве до 400 градусов Цельсия и давлении 40 атмосфер. Расчеты эти не оправдались. В конце 1948 года Buttentut по договору поставила советской стороне двигатель и два некомплектных паровых котла. Работа была выполнена некачественно и к фирме осталось много претензий. На испытательной базе в Берлине двигатель на стенде смог развить только 50 л.с. при 20 атм давления пара. Причины столь низкого показателя банальны — котел был изготовлен из некачественной стали, отсутствовал насос высокого давления и т.д.

В Buttentut отказалась исправлять дефекты, и дальнейшие переговоры с немецкой стороной оказались безрезультатными. Надавить на фирму тоже не удавалось — она располагалась в английской зоне Берлина. Ряд неисправностей установки устранили своими силами и отправили ее в СССР. Неизвестно, что случилось с этим комплектом, возможно, что его частично использовали для постройки первого советского паромобиля НАМИ-012, который параллельно создавался в НАМИ с весны 1948 года, но это лишь предположение.

НАМИ-012
Построенный осенью 1948 года первый образец не имел своего обозначения (назовем его условно № 0). Его назначение было простым — понять, как вообще работает в целом весь механизм паровой установки и в каком направлении нужно доводить паровой двигатель и агрегаты. Автомобиль мог работать на швырках (неколотых дровах размерами до полуметра) с рабочей влажность 35%.
В мае 1949 года группа создателей из НАМИ Ю. Шебалин, Н. Коротконошко, Г. Терзибашьян, А. Аникеев и др. получили авторское свидетельство на свой паровой двигатель, который работал на низкокалорийном топливе. На малых оборотах двигатель развивал крутящий момент до 240 кгм, т.е. в пять раз больше дизельного МАЗ-200. Паросиловая установка повышенного давления была снабжена водотрубным котлом с естественной циркуляцией и паровым двигателем однократного расширения. Котловое давление составляло 25 атм., температура перегретого пара составила 420 град.

Цикл всей установки был замкнутым с конденсацией отработавшего пара.Одной заправки дровами было достаточно чтобы проехать 80 км пути, а при наличии воды – в два раза больше. С помощью эжекторов автомобиль легко и быстро заправлялся водой прямо из естественных водоемов. Какая при полном нагреве котлов была температура в кабине — не уточнялось.
В конце 1949-го и в середине 1950-го годов были изготовлены «официальные» образцы НАМИ-012 под № 1 и № 2. Первый представлял собой грузовик с ботовой платформой, или как тогда говорили «транспортный вариант», второй — в виде тягача-лесовоза с прицепом-коником. Обе машины получили цельнометаллические кабины, которые были более плоскими и смещенными вперед, чем у прототипа НАМИ-012. Вместо коробки передач в кабине был установлен рычаг переключения отсечек парораспределительного механизма. Предусматривались три положения передней передачи (при 25%, 40% и 75% наполнения цилиндра) и одной задней. Педалей в кабине было три, как обычно, но сцепление требовалось выжимать только для включения понижающей передачи. НАМИ-012 работал очень тихо и плавно.

Государственные испытания автомобилей НАМИ-012 начались 2 ноября 1950 года и закончились 25 августа 1951 года. Кстати, к 1950 году в мире давно уже прекратился выпуск каких-либо автомобилей с паровыми двигателями.
На основании испытаний комиссия выдвинула заключение о том, что у машины хорошая проходимость в груженном состоянии, но возникают проблемы когда она порожняя. Проходимость автомобиля затруднялась из-за перегрузки передней оси. Комиссия постановила продолжить работы, а автомобиль сделать полноприводным либо трехосным с задней ведущей тележкой. После испытаний 1951 года направления по дальнейшей модернизации паромобилей разделились. Лесовозы и бортовые автомобили были разведены по разным классам.

НАМИ-018
В 1952 году приступили к постройке модификации НАМИ-012 с колесной формулой 4x4. Изменения коснулись не только переднего моста, который был взят от ЯАЗ-214, так же на машину установили раздаточную коробку. Паровой двигатель был форсирован и мог выдавать уже 125 л.с.
НАМИ-018 в окончательном варианте. На фото отчетливо виден передний ведущий мост. 1953 год.

Межведомственные эксплуатационные испытания новой машины начались в 1953 году и проводились вплоть до конца 1954 года.
Не смотря на многие преимущества, минусов в конструкции паромобиля было больше, чем плюсов. На сто километров пути уходило от 350 до 450 кг дров. В холода еще и сливать воду (200 литров!) на ночь, чтобы она не превратилась в лед, а утром опять заливать.

НАМИ-0125
Это еще не эпилог. В институте все-таки замахнулись на то, чтобы привести показатели парового и дизельного автомобилей к одному знаменателю. Я имею ввиду неизвестный, даже в узких кругах, автомобиль НАМИ-0125.
В 1951 году под руководством В. Лялина группа инженеров работала над перспективной версией парового автомобиля, работающим как на твердом, так и на жидком топливе. Под индексом НАМИ-0125 был изготовлен паровой грузовик, представляющий собой модернизацию о НАМИ-012.Задачей опытного образца было сближение по всем показателям к стандартному дизельному МАЗ-200. Надо сказать, что на первом этапе с этой задачей автомобиль справился. Грузоподъемность автомобиля была увеличена до семи тонн. Но не решили одну важную задачу – снижение расхода топлива. Для этого нужно было поднять давление в котле до 41 атм., что сделано не было по ряду технологических причин.
На втором этапе автомобиль с другой установкой — НАМИ-012Б — должен был работать уже не на твердом топливе (дрова), а на жидком топливе (мазут), что позволило бы автоматизировать процесс в условиях движения автомобиля, избавиться от езды с большим запасом дров и постоянного отвлечения водителя на управление паросиловых агрегатов. В общем, вопрос с простотой обслуживания автомобиля был ключевым в судьбе паровых автомобилей. Машину освободили от ряда агрегатов, а главное от котла и топливных бункеров. Вес паросиловой установки вместе с кабиной равнялся 1635 кг, а высвобожденное место в кабине отдали под второй ряд сидений. Первый ряд сделали двухместным, чтобы удобней было проходить на задний ряд. При успешной реализации второго этапа, автомобиль имел полное право на крупносерийный выпуск и составил бы, в первую очередь, экономическую конкуренцию семитонным грузовикам с ДВС. НАМИ-012Б так и не вышел из стадии ходового макета. Довести до ума комплекс паровой установки для работы на жидком топливе конструкторам не удалось.

Как видно из таблицы, по стоимости перевозок паромобили немного уступали бензиновым автомобилям, но были в три раза дороже, чем дизельные. Фактически, они смогли побороть только газогенераторные автомобили.

Будем опираться на современные реалии (цены). Промышленный район, Кузбасс. Может, данный грузовик рентабелен не только там, где рекомендует комиссия по итогам испытаний. Ее мнение: «Паровой автомобиль НАМИ-018 отвечает всем параметрам лесной промышленности, но может быть использован только в районах, куда доставка жидкого топлива затруднена или высока по стоимости»

Любопытно, что отношение солярка/уголь сейчас 22,5/1 а в 30-х 20-ого века бензин/уголь – 23.75 ссылка. То есть эти соотношения довольно стабильны по времени. Считаем энергозатраты

Ну все, можно откладывать счеты в сторону. Удельный расход топлива выше в 11.7 раз, а расход энергии – в 4.3 раза! Если принять реальный КПД дизеля 20 %, то у данного автомобиля - 4.5 % Одно слово – паровоз… Да еще с очень низким КПД, намного меньшим чем даже у нормальных паровозов (неудивительно, если учитывать специфику применения). Отстой, дедовская техника, а данный паромобиль – всего лишь недоразумение, чудачества чудоковатых сталинских инженеров. Недаром при хорошем перестройщике Хрущеве про это все быстро забыли. Но… Не будем спешить. Посчитаем затраты. Причем на современных ценах.
Несмотря на то, что паровик настолько неэкономичен энергетически, использование его выгоднее в денежном плане в 3.2 выгоднее, если паровик работает на дровах, и в 2.5 раза выгоднее, если паровик перевести на уголь! И это промышленный регион.. Вероятно, мысль Менделеева, насчет «топить печи ассигнациями» имеет под собой основания.

А если посчитать труднодоступные районы, и принять цену солярки 45 руб/л (из-за трудностей доставки) то соотношение затрат вообще будет 4.5 раза.

Так что, если верить расчетам использование паромобилей (образца НАМИ) сейчас было выгодно было бы даже в промышленных районах, не говоря про удаленные районы.

Использование же подобной техники в Сибири вообще очень обоснованно! Дело в том, что многие промыслы в Сибири сезонны (золотодобыча и т.д.), только коротким летом. Это обуславливает вахтовость работы. Если же работать на основном промысле летом, а зимой (самый сезон для лесозаготовок) добывать топливо, то это позволит работать круглый год. Дешевизна парового транспорта позволит резко расширить размеры и размах различных промыслов. Территория станет не просто препятствием, она станет базой. То есть перейти от «вахтового» освоения, к нормальной колонизации. Если нагрузка на лесные ресурсы станет слишком большой, в дополнение можно перейти и на угольные ресурсы для транспорта.

НЕМНОГО ИСТОРИИ.В 1906 году паровой автомобиль фирмы Stanley установил рекорд скорости — 205,5 км/ч (127.659 миль/час). Стоит отметить, что в следующем году рекорд пытались побить снова, но автомобиль потерпел аварию из-за неровностей трассы. Модель 1907 года проезжала на одной заправке водой 50 миль. Необходимое для движения давление пара достигалось за 10-15 минут от запуска машины. Это были любимые машины полицейских и пожарных Новой Англии. 14 мая 1913 года в гонках по Санкт-Петербургу, на Волхонском шоссе, преодолена скорость 202,1 км/ч. Русская автогонщица Римская-Корсакова разогнала автомобиль до 110 км/ч.[6]

Самая высокая скорость для паровых автомобилей была достигнута в августе 2009 года болидом, разработанным группой британских инженеров. Средняя максимальная скорость нового болида в двух заездах составила 139,843 мили в час, или 223,748 километра в час. В первом заезде болид развил скорость 136,103 мили в час (217,7 километра в час), а во втором — 151,085 мили в час (241,7 километра в час). Паровой автомобиль оснащён 12 котлами, в которых вода нагревается за счёт сгорания природного газа. Из котлов пар под давлением, со скоростью в два раза превышающей скорость звука, подаётся в турбину. В минуту в котлах испаряется около 40 литров воды. Общая мощность силовой установки составляет 360 лошадиных сил.[7]

Преимущества паровых автомобилей.

«Всеядность» двигателя — Как и для локомотивов, основным преимуществом паровых автомобилей является то, что они могут использовать практически любые источники тепла для преобразования его в механическую работу. Это отличает их от двигателей внутреннего сгорания, каждый тип которых требует использования определённого вида топлива. Подобными свойствами также обладают другие типы двигателей внешнего сгорания, такие как двигатель Стирлинга, которые могут обеспечить весьма высокую эффективность, но имеют существенно большие вес и размеры, чем современные типы паровых двигателей. Как все двигатели внешнего сгорания (вернее — внешнего подвода тепла), двигатель может работать от почти любого перепада температур, угольной или дровяной печи и т. д.
Простота конструкции — конструкция двигателя очень проста, он не требует дополнительных систем, таких как газораспределительный механизм. Он запускается самостоятельно и не нуждается в стартере. Его характеристики позволяют избавиться от коробки передач.
Увеличенный ресурс — простота конструкции, отсутствие многих «нежных» агрегатов позволяет обеспечить небывалый для других двигателей ресурс в десятки и сотни тысяч часов непрерывной работы.
Экономичность — Современные тепловые машины на пару иногда дают больший КПД, чем даже карбюраторные машины (до 34 %),
Бесшумность двигателя — тепловые машины на пару не имеют выхлопа, а значит машина не шумит.
Экологичность — сам по себе двигатель не имеет каких-то частей или процессов, которые могут способствовать загрязнению окружающей среды. Он не расходует рабочее тело. Экологичность двигателя обусловлена прежде всего экологичностью источника тепла. Стоит также отметить, что обеспечить полноту сгорания топлива в двигателе внешнего сгорания проще, чем в двигателе внутреннего сгорания.
Одним из главных преимуществ широкого использования двигателей внешнего сгорания является ослабление зависимости экономики стран импортёров нефтепродуктов от непредсказуемости действий иностранных поставщиков жидкого топлива.
В США военной Совещательной комиссией Центра консультативного анализа Морского Флота было определено, что

«Наша зависимость от иностранной нефти сокращает наше международное влияние, приводит к военному вмешательству в опасных регионах мира, финансирует те страны и лиц, которые хотят причинить нам вред, и ослабляет нашу экономику, наша зависимость и неэффективное использование нефтепродуктов также подвергает опасности наши войска»[8]

Паровые локомотивы неплохо показывают себя на больших высотах, поскольку эффективность их работы не падает в связи с низким атмосферным давлением. Паровозы до сих пор используются в горных районах Латинской Америки, несмотря на то, что в равнинной местности они давно были заменены более современными типами локомотивов.

В Швейцарии (Brienz Rothhorn) и в Австрии (Schafberg Bahn) новые паровозы, использующие сухой пар, доказали свою эффективность. Этот тип паровоза был разработан на основе моделей Swiss Locomotive and Machine Works (SLM) 1930-х годов со множеством современных усовершенствований: использования роликовых подшипников, современной теплоизоляции, сжигания в качестве топлива лёгких нефтяных фракций, улучшенных паропроводов, и т. д. В результате такие паровозы имеют на 60 % меньшее потребление топлива и значительно меньшие требования к обслуживанию. Экономические качества таких паровозов сравнимы с современными дизельными и электрическими локомотивами.

Паровой двигатель, выпускающий пар в атмосферу, будет иметь практический КПД (включая котёл) от 1 до 8 %, однако двигатель с конденсатором и расширением проточной части может улучшить КПД до 25 % и даже более. Тепловая электростанция с пароперегревателем и регенеративным водоподогревом может достичь КПД 30 — 42 %. Парогазовые установки с комбинированным циклом, в которых энергия топлива вначале используется для привода газовой турбины, а затем для паровой турбины, могут достигать коэффициента полезного действия 50 — 60 %. Несмотря на то, что на данный момент парогазовый цикл используется на крупных энергетических объектах, в компании BMW сделали предположение о возможности использования его в автомобилях. Предполагается использовать выхлопные газы автомобиля для работы небольшой паровой турбины.[9].

Одной из наиболее современных разработок в этом направлении является британский радиальный паровой двигатель «Циклон Марк 5» (Cyclone Mark V Steam Engine) использованный для установления мирового рекорда скорости в 2009 году — при весе в 152 кг он развивает 100 л.с. и имеет КПД в 34 %. Разработчики указывают на такие преимущества, как надежность, чистота выхлопа из-за плавности горения топлива, простота и дешевизна производства по сравнению с дизельным двигателем той же мощности.[10]

Во многих отраслях промышленности (угольная, торфодобывающая, сельскохозяйственная) существует ситуация, когда дешевое, низкокачественное, твердое топливо используется для различных хозяственных нужд, таких как отопление, сушка сырья и тому подобное. Только в США количество биомассы, которую потенциально можно использовать в качестве автомобильного топлива, достигает миллиарда тонн в год, однако в настоящий момент правительственные программы по большей части направлены на разработку технологии производства жидкого синтетического топлива из биомассы (а именно этанола и биодизеля), что по большей части приводит к расходу средств на государственные субсидии и подорожанию продовольствия, в то время когда использования синтетического твердого топлива (опилочных гранул) ограничено по большей части лишь отоплением.

В Индии ежегодно выращивается около 80 миллионов тонн бамбука. Правительство Индии учредило Национальную Миссию Бамбуковых Приложений (NMBA). С 1996 по 2006 годы в Индии была построена 101 электростанция, работающая на биомассе, суммарной мощностью 750 МВт. Всего в Индии ежегодно выращивается более 540 миллионов тонн различных растений, большая часть которых в настоящее время не утилизируется.

Багасса сахарного тростника используется в Бразилии в качестве топлива на электростанциях. В 2000 году в Бразилии было производено около 50 миллионов тонн багассы. В 2001 году в Бразилии на багассе работали электростанции суммарной мощностью 1350 МВт.

В условиях резкого повышения цен на нефтепродукты и возникшим ножницам цен между жидким и твёрдым топливом эти отрасли могут быть заинтересованы в разработке современных экономичных паровых машин[11][12], как для производства электроэнергии для своих нужд, так и для использования их в качестве двигателей, возможно в гибридных двигателях[13]. Однако в настоящее время культура эксплуатации паровых двигателей по большей части уже давно утеряна и производители паровых машин давно перешли на производство ДВС. Так что скорого возникновения на рынке современных компактных паровых машин ожидать не приходится.

Кстати...
Cуществовал и вариант на жидком топливе (правда, только на бумаге). Поскольку дровяные бункеры ему уже не были нужны, то и кабина проектировалась более вместительной, двухрядной.
Однако Сталин к этому времени уже умер, лагеря начали пустеть, партия сменила курс... И паромобили НАМИ попросту оказались никому не нужны. Если «Великолепный Добл» был слишком роскошным и дорогим и потому оказался неуспешным, то паромобили НАТИ оказались уж больно просты. Автомобиль, техническое обслуживание которого занимало столь огромное количество времени и сил, был во второй половине ХХ неактуален даже для СССР.
В Англии до сих пор сохранилось несколько паромобилей Sentinel - той самой модели S.4, что послужила прототипом для машин НАМИ. Ухоженные и начищенные паровики участвуют в слетах ветеранов, их холят и лелеют. А где и когда были порезаны на металлолом уникальные советские паромобили - история умалчивает...

Любопытно проследить, как с годами менялось отношение к паровым автомобилям в советской научно-технической литературе. Открываем Краткий технический словарь 1934 года (когда ни о каких паромобилях в СССР и речи не было!): «Паровые автомобили имеют весьма малое распространение. Главнейшие недостатки — необходимость большого запаса тяжеловесного топлива, медленный пуск в ход вследствие длительного разогревания...»
В 1959 году составители Малой советской энциклопедии публикуют фотографию НАМИ-012 и поют ему дифирамбы: «Наиболее благоприятные показатели... Паросиловая установка выгодно отличается от других...»
А вот Политехнический словарь 1976 года ставит все на свои места: «Паровой автомобиль не получил распространения из-за конструктивной сложности». И точка!