Этого не будет

Ты спросил:

Что мы можем сделать сейчас, чего они не могли сделать 70 лет назад?

Ответ: они не могли создать электрифицированную железную дорогу для использования локомотивами вместо того, чтобы таскать все свое топливо.

Когда дело доходит до производства электроэнергии, существует значительная экономия за счет масштаба и централизации. Если дизель-электрические двигатели станут нежизнеспособными, это не вернет паровые двигатели. Вместо этого это приведет к буму электрических двигателей. Энергия, которую вы хотите генерировать на борту поезда, будет производиться не так, а на электростанции. Что касается экономики, эффективности и логистики, то это лучший путь, хотя бы потому, что это означает, что мы можем использовать уже существующие технологии вместо того, чтобы заново изобретать паровой двигатель в 21 веке.

Также нет более эффективного способа распределения энергии, чем электричество. Таскать с собой уголь и воду — или любой другой парообразующий агент — ужасно утомительно.

Если вы снова одержимы созданием паровых двигателей, это будут не привычные нам стереотипные пыхтящие чугга-чугга-чугга, а просто версии дизель-электрического типа, где паровой двигатель приводит в движение генератор, который, в свою очередь, приводит в движение электрические двигатели на колесах. Так что они будут выглядеть довольно скучно, а не стильные машины в стиле ар-деко 1920–1940-х годов.

Извините, но поскольку вы спросили о «точных науках», я вынужден дать вам скучный ответ.

• В большинстве паровых двигателей будут использоваться конденсаторы, чтобы избежать остановки полива и использовать тепловую энергию для предварительного нагрева питательной воды.
• Многие паровые двигатели будут использовать современные зубчатые передачи, а не поршни и шатуны, непосредственно соединенные с колесами. Это позволяет поршням вращаться с оптимальной скоростью для выработки энергии, а не со скоростью, необходимой для вращения колес. Это означало бы, что ведущие колеса также могут стать меньше, и больше не будет необходимости в огромных колесах старых локомотивов.
• Некоторые из них могут использовать технологию паровых турбин .
• Вы можете увидеть паровые электрические двигатели, где паровой двигатель приводит в действие генератор, а этот генератор приводит в действие электродвигатели.
• Можно разработать технологию, которая заменит кочегара, который тащит куски угля, трубопроводом для транспортировки угольной пыли.

С чисто эстетической точки зрения, я надеюсь, что они вернутся как красавицы ар-деко.

Примером этого является PRR-S1 .

Кроме того, вы можете сделать их ЯДЕРНЫМИ! Использование РИТЭГов, как на спутниках, никакого загрязнения! С непрерывным источником тепла у вас нет угольщика или топлива для перевозки, только много воды.

Паровые двигатели вышли из моды, потому что у них есть серьезные проблемы по сравнению с дизель-электрическими двигателями.

1. Отношение мощности к весу довольно низкое
2. Паровым двигателям может потребоваться до 10 часов, чтобы поднять пар после холодного запуска.
3. Вес воды, топлива и т. д. намного больше, чем соответствующий вес дизельного топлива.
4. Паровые двигатели представляют собой относительно сложные машины со значительными проблемами безопасности из-за использования острого пара и котла под давлением.

Поэтому, чтобы вернуть паровой двигатель, нам нужно было найти способы преодолеть эти проблемы. Некоторые из проблем могут быть решены за счет использования сверхкритического CO2 в качестве среды передачи энергии, отличной от воды. Более высокая плотность позволяет использовать гораздо меньше жидкости, энергоэффективность намного выше, и, поскольку в системе меньше жидкости, время «поднятия пара» будет значительно сокращено. Эксперименты с использованием сверхкритического CO2 вместо пара на тепловых электростанциях позволяют предположить, что размер турбины и связанного с ней трубопровода может составлять 1/10 размера эквивалентной паровой турбины.

https://inldigitallibrary.inl.gov/sti/2906955.pdf

http://energy.sandia.gov/energy/renewable-energy/supercritical-co2/

http://www.co2turbine.com

Очевидным результатом будет то, что пространство, отведенное для «двигателя», будет намного меньше, и, поскольку это система турбины с замкнутым циклом, в результате двигатель будет меньше и легче. Это было бы несколько компенсировано потребностью в больших радиаторах, и, конечно, проблема рабочей жидкости под высоким давлением также не была устранена.

Прямой привод от турбины к ведущим колесам — не лучшее решение (корпус редуктора сведет на нет большую часть преимуществ по размеру и весу при использовании турбины на сверхкритическом CO2), поэтому турбина будет питать высокоскоростной генератор. Последовательный пароэлектрический привод будет работать аналогично нынешним дизель-электрическим двигателям. Поскольку вы используете турбину, это потенциально позволяет вам производить такую ​​же мощность от одного локомотива, как и от нескольких дизель-электровозов. Этого можно было бы добиться, установив тележки с механическим приводом на самих вагонах, что позволило бы распределить мощность по длине поезда и потенциально обеспечить большее тяговое усилие при трогании с места, остановке, движении по крутым склонам и т. д.

Другое преимущество для железнодорожной компании заключается в том, что им потребуется только один локомотив на поезд, что было бы особенно полезной экономией средств при эксплуатации больших и тяжелых составных поездов.

Если вы посмотрите на паровоз поздней эпохи, такой как Mallard, я думаю, что есть реальное сходство с более современными поездами, например:

Я ожидаю, что производители поездов продолжат разрабатывать обтекаемые локомотивы, обладающие хорошими аэродинамическими свойствами и пробуждающие идеи скорости и модернизма.

Они, вероятно, не были бы белыми, потому что белый материал пачкается вокруг угля. Более вероятны темные цвета.

Я ожидаю, что машинист будет впереди, потому что (а) большая часть работы по заправке поезда будет выполняться автоматическими машинами, (б) органы управления будут электронными, а не механическими, и ими можно будет управлять из удаленной кабины, и (c) передняя часть обеспечивает лучший обзор вперед и безопасность.

По разным причинам угольный тендер будет закрыт, а не открыт. Во-первых, это снова помогло бы локомотиву выглядеть более современно и обтекаемо. Во-вторых, может быть какое-то модульное решение для более эффективной заправки (а не просто «сыпать уголь сверху»). В-третьих, совершенствование химии топлива и технологии подачи топлива в топку означает, что нам необходимо защищать топливо от непогоды.

Для поездов дальнего следования могут быть решения по хранению топлива над/под вагонами, а затем по мере необходимости автоматически транспортировать его вперед до конечной остановки.

Сказав все это, вот несколько крутых артов под названием «Герой хэви-метала» Родни Мэтьюза:

Это искусство также использовалось на обложке старой видеоигры Transarctica , действие которой происходит в постапокалиптическом замороженном мире, где люди живут в поездах, которые бродят по ландшафту в поисках припасов.

Другие комментаторы проделали хорошую работу, указав на то, что может измениться с тормозной и механической системами управления современного паровоза, а также на инженерные причины, по которым пар утратил свою популярность. Однако в середине 20 века французские, аргентинские и британские инженеры много работали над коренным улучшением характеристик паровозов. Некоторые из последних результатов выглядели так:

Это близко к тому, что я себе представлял, когда увидел ваш пост, так как, в конце концов, это обмен стеками построения мира. Главным нововведением помимо эстетики является термодинамика котла и системы подачи топлива. Для его оценки требуются некоторые базовые знания в области терморегуляции, но он очень подробно описан здесь: https://csrail.org/modern-steam .

Полный отчет об изображенном на фото поезде находится здесь: https://static1.squarespace.com/static/55e5ef3fe4b0d3b9ddaa5954/t/55e637bee4b0bef289260255/1441150910433/%23+DOMS-2_PORTA_Argentina.pdf

Почти все, что вы ищете, связано с этой страницей в Википедии с прототипа паровоза, разработанного в 1990-х годах. https://en.wikipedia.org/wiki/5AT_Advanced_Technology_Steam_Locomotive

Инженеры продолжают модернизировать и строить новые паровозы и сегодня, но большинство из них представляет собой простую реконструкцию моделей середины века с минимальными изменениями, чтобы они соответствовали параметрам безопасности. Они сохраняют то же по существу «несовременное» тело, которое вы себе представляете.

Энергия пара будет пароэлектрической

В дизельных поездах не используются дизельные двигатели, соединенные с коробками передач, соединенными с колесами. Современные будут использовать дизель для питания генератора для питания привода VVVF (переменное напряжение, переменная частота). Электрический генератор и двигатель действуют как трансмиссия. Сегодня это более эффективно; если вы замените первичный двигатель, комбинация генератор / привод не изменится и все равно будет более эффективной (а именно, легче), чем механическая трансмиссия с коробкой передач.

Для выработки электроэнергии лучше всего использовать турбину.

Поскольку теперь вы подключены к электрическому генератору, наиболее стабильным и эффективным способом работы одного из них является турбина с постоянной скоростью. Что вы знаете, та же технология до сих пор используется в паровых силовых установках на военных кораблях. Авианосец «Нимиц» работает (много) с паровыми турбинами мощностью 8000 кВт, локомотив может быть больше похож на 2000 кВт.

Это действительно должен быть пар?

Знаете, если вы собираетесь использовать в поезде турбинно-электрическую систему, почему бы не сделать ее газовой турбиной? Это в основном реактивный двигатель; вместо того, чтобы подавать пар для питания турбины, вы заливаете бензин и поджигаете ее. Соотношение мощности к весу этих штук зашкаливает (по сравнению как с дизелем, так и с паром), а мощность турбины в основном такая же, как у паровой турбины.

Почему он должен работать на твердом топливе? Жидкости легче обрабатывать. Паровозы традиционно работали на низкокачественном масле. Недавними примерами являются новые и переоборудованные локомотивы DLM , работающие на легком масле или дизельном топливе. Однако паровозы могут использовать биологические отходы, такие как древесная стружка, или сельскохозяйственные отходы, такие как солома, хотя плотность энергии на единицу объема очень низкая.

Кроме того, нет никаких причин, по которым они должны сильно отличаться от локомотивов конца 1940-х годов. Хотелось бы, чтобы они одинаково хорошо ходили в обе стороны, что в первую очередь зависит от конструкции кабины и водовоза. Очень большие грузовые локомотивы с преимуществом будут следовать конфигурации Бейера-Гарретта.

Большим преимуществом обычного паровоза является то, что он прост, с относительно небольшим количеством компонентов, из которых изнашиваемые части могут быть легко заменены. Кроме того, в условиях железной дороги котел действует как резервуар энергии, обеспечивая «буфер» между преобразованием химической энергии топлива в потенциальную энергию пара и, следовательно, в механическую энергию посредством прямого привода.

Износ котлов можно существенно снизить, используя жидкое топливо и эффективную обработку воды при очень высоком уровне pH, а также поддерживая машины в постоянном тепле, чтобы избежать циклов нагрева/охлаждения. Внешнее сгорание позволяет проектировать локомотивы таким образом, чтобы свести к минимуму образование вредных отходов, таких как окись углерода, NOx и твердые частицы.

Длительное время подготовки, на которое ссылаются некоторые из вышеперечисленных комментаторов, может быть устранено с помощью внутренних или внешних систем предварительного нагрева с использованием жидкого топлива, газа или электричества в непиковые часы.

На мой взгляд, пришло время вернуть эту технологию хотя бы на второстепенные маршруты, где плотность движения не оправдывала капитальных затрат на электрификацию.

Общий тепловой КПД в наши дни составляет около 12%, что не очень хорошо, но отработанное тепло можно использовать для обогрева поезда. Стоит помнить, что самыми мощными локомотивами Британии являются дизель класса 68 и Duke of Gloucester, последняя паровая конструкция Британских железных дорог.

Могу поспорить, что современный пароход будет выглядеть примерно так, может быть, с дополнительным обтекаемым кожухом и даже больше. Главным образом потому, что двигатели высокого давления оказались эффективными и очень успешными, но все еще преждевременными в эпоху пара. Когда котлы высокого давления стали более совершенными, эра пара давно умерла, и этот прототип массового потенциала так и не был реализован.

В настоящее время в Великобритании строятся 38 новых паровозов, предназначенных для работы на различных видах топлива: твердых, жидких и даже газовых, и все они имеют традиционную конфигурацию и компоновку 1930-х и 40-х годов. Ожидается, что самый большой и мощный из них, P2, будет способен развивать мощность 3000 л.с. при 80% скорости и скорости 100 миль в час. Стоит отметить, что во время Второй мировой войны Швейцария, оказавшись отрезанной от поставок угля из Германии и с избытком гидроэлектроэнергии, которую она больше не могла продавать в Германию, переоборудовала существующие паровозы для использования погружных нагревателей, питаемых через пантографы, установленные на крыше подножки. . Основные проблемы, которые я вижу с паром по сравнению с электричеством, — это мощность и скорость. Максимальная мощность пара составляет около 4000 л.с. для локомотива практического размера по сравнению с электровозом аналогичного размера, способным производить 10 000 л.с. Британский паровоз Tornado, построенный в 2009 году, разогнался до 116 миль в час, что на 109 миль в час меньше расчетной максимальной скорости высокоскоростных электропоездов, использующих ту же линию.

Пар описывает среду для преобразования тепловой энергии в механическую энергию. Атомная энергетика часто представляет собой паровые турбины, нагреваемые расщепляющимся материалом. Мы, наверное, назвали бы его ядерным или атомным поездом, но это все же паровой двигатель.