Калорические двигатели — предшественники современных газовых
Результатом стремления осуществить тепловой двигатель без котла явились не одни только двигатели внутреннего сгорания. Помимо дороговизны и сложности в эксплуатации котлы первой половины XIX в. имели еще один существенный недостаток, происходивший из недостаточно глубокого и отчетливого представления о протекающих в котлах процессах. Этот недостаток—взрывоопасность. Частые взрывы котлов нередко сопровождались человеческими жертвами. М. Хотинский писал в упоминавшейся выше книгечто «-..В Америке, где это условие (контроль за исправным действием предохранительных клапанов. — Авт.) отнюдь не соблюдается, взрывы паровиков — вещы»еамая обыкновенная и стоят ежегодно жизни многим сотням, если не тысячам людей».
Стремление избавиться от котла направило поиски изобретателей на использование воздуха в качестве рабочего тела теплосиловых установок, получивших название «калорических». Примером калорической установки может служить теплосиловая установка шведского инженера Д. Эриксона, относящаяся к середине XIX в., в которой Два калорических двигателя работали в течение некоторого времени на.одном из заводов в Нью-Йорке. Калорическими двигателями было оборудовано морское судно «Эриксон», а в несколько упрощенной конструкции подобный Двигатель работал на заводе Нобеля в Петербурге.
Схема, выполненная по чертежам двигателя, опубликованным в одном английском журнале за 1852 г., дает представление об устройстве и действии калорического двигателя Эриксона (рис. 3-41)• Рабочим телом являлся воздух, Огреваемый в цилиндре двигателя от расположенной под Цилиндром топки. Работа расширения нагреваемого воздуха расходуется по трем направлениям: 1 — передается движителю (балансир, передающий работу; на схеме опущен), 2—аккумулируется в поднимаемом тяжелом поршне и 3— затрачивается на сжатие воздуха в полости компрессора. Сжатый воздух через нагнетательный клапан подается в камеру и далее при открытом золотником отверстии подается в рабочий цилиндр, пройдя предварительно теплообменник, называвшийся тогда «реженератор» (сейчас—регенератор). Регенератор заполнялся мелкой медной сеткой. Воздух, проходя через ячейки сетки, нагретые в течение предыдущего хода двигателя, нагревался перед поступлением в цилиндр. Обратный ход осуществлялся за счет энергии, аккумулированной в поднятом тяжелом поршне, который, опускаясь, отдавал работу движителю судна и выталкивал горячий воздух из цилиндра. Отработавший воздух сначала нагревал насадку регенератора, а затем под золотником, находящимся в другом положении, выходил в выхлопную трубу. Одновременно опускающийся поршень производил работу всасывания воздуха в полость компрессора через приемную трубу и всасывающий клапан. Была предусмотрена возможность осуществления замкнутого цикла с циркуляцией одного и того же количества воздуха при соединении выхлопной трубы.
При сравнении принципиальной схемы калорического двигателя со схемой газовой турбины замкнутого цикла (рис. 3-42) обнаруживается полное тождество. Воздушный котел и газовая турбина современного двигателя соответствуют по выполняемым ими функциям цилиндру калорического двигателя с расположенной под ним топкой, Теплообменник и компрессор используются и в современной газовой турбине. Схема газотурбинной установки может быть замкнутой, как это показано пунктиром на рис. 3-42. Несмотря на тождество принципиальных схем, вытекающее из тождества принятых циклов, между калорическими двигателями и современными газовыми турбинами лежит длительный и трудный путь исторического развития. На этом пути были разработаны эффективные циклы газового двигателя, исследованы и обобщены сложные условия теплообмена, осуществлен переход от поршневых конструкций к роторным, означавший переход от десятков к тысячам оборотов в минуту, освоена технология получения жаростойких сталей, достигнут высокий к. п. д. турбокомпрессоров. В результате упорной работы многих конструкторов возникла газовая турбина, к. п. д. которой приближается к 50%. Исследования установки судна «Эриксон», опубликованные в 1852 г., показали, что к. п. д. двигателей «Эриксона» не превосходил к. п. д. средних паровых машин, а сам двигатель был крайне громоздким. Так, для получения мощности \70 л. с. на судне были установлены четыре двигателя, имевшие цилиндры диаметром 4,2 м с ходом поршня 1,8 ж.
На мелких предприятиях калорические двигатели получили некоторое распространение. В частности, в России строился маломощный калорический двигатель, называвшийся «Тепло и сила». С развитием высокоэкономичных Двигателей внутреннего сгорания поршневые калорические двигатели отмерли и получили свое второе рождение в современных воздушных турбинных установках.