Не паром единым! (Пневмопанк)

В одной из прошлых полухоливарных публикаций промелькнула пренебрежительная реплика по поводу возможности построения стим-вселенной на основе сжатого воздуха, как энергоносителя и рабочего тела (пневмопанк панимаишь-шь-шь!). Так вот, хочу сказать, господа, вы не правы!.. ru.wikipedia.org/wiki/%D2%F0%E0%ED%F1%EF%EE%F0%F2%ED%FB%E5_%F1%F0%E5%E4%F1%F2%E2%E0_%ED%E0_%F1%E6%E0%F2%EE%EC_%E2%EE%E7%E4%F3%F5%E5



И так, преимущества:
Экологическая чистота, неограниченная восполняемость, отсутствие вредных воздействий на человека, бесшумность, Отсутствие искр и открытого огня (использование в угольных шахтах и подобных предприятиях), чистота, необходимая в текстильной и пищевой промышленности и т.д и т.п.
Вердикт: идеальное средство, которое необходимо применить во всех сферах человеческой жизнедеятельности.
Но не тут-то было! Нашлись и недостатки… которые свели на нет такую хорошую идею.Но об этом позже. А пока — история.
Не будем копаться в опытах античных учёных-философов или вездесущих китайских изобретателей.
Рассмотрим тему с более поздних, и от того — близких к нам по времени позиций.

ПЕРВЫЕ ШАГИ: 1828-1855 — Первый автомобиль, приводимый в движение сжатым воздухом, найденный мною на просторах интернета, был разработан Bompas-ом.
Патент на него, был принят к рассмотрению в Англии в 1828 году. Судя по всему, поршни, двигавшие шатун, были подсоединены к двум резервуарам со сжатым воздухом. Был ли построен этот аппарат? Ни упоминания об этом, ни изображения оного, я так и не нашел.
1880 появился первый документ, свидетельствующий об изобретении пневмо-двигателя, построенного французами Andraud и Тэсси Motay в 1838 году.
Автомобиль, бегал на испытательном треке в Шайо по 9 июля 1840 и бегал хорошо, что дало повод для продолжения и развития идеи.

В 1848 году Barin von Rathlen построил транспортное средство, о котором было сообщено, что оно отправилось из Putney в Wandsworth (London) со скоростью 10-12 миль / ч.

В конце 1855 года конструктор, называемый Julienne изготовил транспортное средство в Сен-Дени во Франции, движимое 25-ю атмосферами сжатого воздуха.

Изображений всех этих аппаратов так же не сохранилось.

Зато сохранился чертёж «Пневматического локомотива» англичанина Arthur Parsey



В 1847 году Arthur Parsey получил патент в Англии для применения сжатого воздуха в двигателях локомотивов. Он также получил патент в США (No 5,205) в 1847 году. spenserians.cath.vt.edu/authorrecord.php?action=GET&recordid=33648

Локомотив предназначался для работы в угольных шахтах. Был ли он построен (в силу своего технического несовершенства), мы не знаем. На чертеже видно, что резервуар со сжатым воздухом был только один и двигался так же один поршень, передавая усилие на колёса.

Следующее изображение уже имеет два резервуара и более сложную конструкцию по передаче усилия сжатого воздуха для приведения локомотива в движение.



Была ли эта картинка плодом художественного воображения и был ли построен этот аппарат в натуральную величину- мы не знаем.

Зато в 1845 году для привлечения инвесторов была построена модель, сохранившаяся до сих пор в музее York Railway Museum.



1862 год.

Автор необычной машины — С. И. Барановский, который предпочитал называть ее на русский манер «духоходом» или «духовым самокатом». Аппарат очертаниями был весьма похож на паровые локомотивы того времени, но в нём отсутствовал котел и сложные механизмы паровой машины, вместо этого на тележке были установлены два горизонтальных цилиндра диаметром по 150 мм и с ходом поршня 300 мм, а вместо горизонтальных, плоских скользящих золотников были введены вертикальные цилиндрические.



Сжатый воздух, приводящий в движение машину, помещался в 34 горизонтальных баллонах диаметром 150 мм и длиной 2100 мм каждая. Для управления машиной имелись краны, манометр, рычаг с тягой к золотнику. Для двух машинистов соорудили небольшую крытую площадку.

Каждый такой самокат должен был вести за собой небольшой вагон с запасами баллонов, наполненных сжатым воздухом, после расходования которого (примерно через 2-3 часа) машинист прицеплял запасной вагон, а опустевшие баллоны оставлял на станции для пополнения от специального компрессора.
«27 декабря в 3 часа пополудни я был на дебаркадере Николаевской железной дороги, где производились опыты с новой машиной. Из локомотивного сарая пришел локомотив и привел за собой какое-то собрание труб, окрашенных дикой краской, а около этих труб маленький передаточный механизм прямого действия. К духоходу прицеплен был один вагон, который, разумеется, тотчас же по приходе… был наполнен любопытными, успевшими в него поместиться. Поезд тронулся и громкое „ура!“ понеслось за ним...» — из воспоминаний очевидца.



Вплоть до лета 1862 года, самокаты тянули вагончики между Петербургом и Царским селом, но экзотическая конструкция и ряд технических сложностей не дали дальнейшего развития этой технологии, опередившей свое время.

В 1872 году некий Rufus Gilbert заключил контракт на постройку трамвая, который длжен был курсировать по 6-й авеню до 53-ёй стрит в New York, используя сжатый воздух. Но финансовая паника 1873-года перечеркнула планы и на этот раз.

В 1875-году началось первое промышленное применения локомотива на сжатом воздухе. Это произощло в
тоннеле Saint Gotthard. Небольшой локомотив тащил за собой две четырёхколесные платформы с резервуарами сжатого воздуха. При стравливании воздуха дополнительно вентилировался и охлаждался воздух в самом тоннеле.
9-и километровый тоннель был построен в горах Швейцарии в период с 1871-по-1881 год.



В 1878 году на второй авеню на участке железной дороги Нью-Йорка были протестированы и затем работали пять трамвайных вагонов, построенных компанией Pneumatic Tramway Engine Company. Они были разработаны Робертом Харди, под патронажем Германа Хаупта. Впервые была введена система рекуперативного торможения; используя двигатель как компрессор при замедлении трамвая, для повышения общей эффективности и облегчения конструкции.

Сжатый воздух хранился в четырёх баллонах по 13 куб.метров. под давлением в 42 kg/cm2. Запас хода на 13 километров.



Воздушный локомотив CHARLES HODGES и PORTER COMPOUND 1896 год.



С возрастанием мощности двигателей, всё сильнее вставала одна из проблем, связанных с использованием воздушно-компрессионных установок. Всем известно, что при сжатии воздуха — он нагревается, а при расширении — охлаждается вплоть до образования льда.



CHARLES HODGES изобрёл двухступенчатую систему расширения воздуха с использованием его пароперегревателя, что и было отражено в патенте.



В последствии, компания H K Porter Company выпустила сотни локомотивов, использовавшихся на восточном побережье США в угольных шахтах. Они выпускались вплоть до 1915-года. Многие сохранились до сих пор.







Ещё один локомотив Харди (20 лет спустя и более совершенного дизайна) бегал по Манхеттену в 1897 году. Здесь и пригодилось его малошумность и отсутствие дыма.



А здесь он без кожуха и кабины машиниста.



Система перемещения локомотива в условиях нехватки пространства (земля в городе очень дорогая) вместе с отрезком рельсов и локомотивом с одного пути на другой.



Локомотив BALDWIN 1897-99 год.



Разница между паровозом и локомотивом на сжатом воздухе, прежде всего в давлении в котле. У паравоза, редко превышает 25 атм., а у «воздуховоза» доходит до 40(!). Отсюда и такое колличество заклёпок на котле.



Один из локомотивов, применявшихся в Филадельфии в угольной шахте.



Иллюстрация с локомотивом, трудившимся в тоннеле Canal de Marseille au Rhone, Франция.



French Ouest (West) 1901 года инженера L'Ouest



Это уникальный пример полноразмерного локомотива, полностью работавшего от сжатого воздуха. Всего было построено 4 таких локомотива, трудившихся в пригородах Парижа.

Не мало было построено различных «гибридных» локомотивов. Так например, этот дизель-пневматический локомотив Deutsch ReichsBahn 1924 года. 6 цилиндров, 1200 лошадиных сил.





Для охлаждения цилиндров применялась вода, так что этот монстр по праву может называться пневмо-дизель-паравоз.



Этот «паровоз» трудился в Германии и был снят с производства лишь в 1935 году.В 1986 году даже выпустили марку, посвящённую этому трудяге.



Но лучше всего пневмодвигатель прижился на городском транспорте, а именно, — трамвае.
Общие принципы те же: закачать под огромным давлением полный бак воздуха, и не дать замёрзнуть системе при выходе воздуха наружу. Решение хитроумное, но простое одновременно. Система редукторов и подогревателей.

LOUIS MÉKARSKI Поляк, родившийся в 1843 in Clermont-Ferrand. В 1876 году тестирует своё изобретение на линии Courbevoie-Etoile Line, Paris Tramways Nord. Несколько, придуманных и запатентованных им изобретений (нагреватель воздуха, расширительные редукторы и клапана) до сих пор называются «система Меркавски» en.wikipedia.org/wiki/Mekarski_system
и использовались в последующем с различными доработками и усовершенствованиями повсеместно.











Подобные пневмо-трамваи получили распространение в больших густонаселённых городах по обеим сторонам Атлантики. Беда заключалась в излишней дороговизне и малом запасе хода между «заправками». Но это не остановило их распространение по миру.





В одной только Англии подобные трамваи бегали в East London, Wantage, Vale of Clyde, Liverpool, Chester. Выпускались трамваи фирмой «Compressed Air Engine Co Ltd, of 19 St Swithins Lane».

В Нью-Йорке и Чикаго (САСШ) пошли ещё дальше и попытались организовать производство пневмо-автомобилей. По проекту инженера Robert Cady Burt's





«Закрытый комбинированный цикл», где выхлопные газы автомобиля использовались с целью, максимально повысить КПД подобных аппаратов.
Robert C. Burt был физиком-изобретателем, в частности он занимался фотоэлектрическим эффектом, исследуя возможности изготовления солнечных батарей и ещё многим другим.

Другие инженеры-конструкторы так же пытались развернуть подобные производства.









The Boyette Compressed-Air Railcar: 1934



Остро встал вопрос о заправочных станциях. Максимальный ход авто не превышал 20 миль.

Система пневмо-АЗС во франции Vichy (1895), Aix-les-Bains (1896), La Rochelle (1899), and Saint-Quentin (1901).



Заправочная станция Ходжеса на центральной площади.



Попытки создать систему снабжения сжатым воздухом на ходу.



Строились огромные установки для компрессии воздуха перед заправкой.

1890s, General Herman Haupt в Нью-Йорке. Мощность установки 1500л.с. Предназначалась для заправки сж.воздухом локомотивов Харди.



30-футовое колесо водяной 1000-сильной установки Grass Valley, California. Питала 2 крупнейших золотых прииска того времени.