正排量活塞泵的稳定水流助蒸汽车打破速度纪录

2009-10-17 world-pumps 世界泵业

  1906年,世界上最快的汽车“斯坦利蒸汽汽车(Stanley Steamcar)”曾在佛罗里达的Daytona Beach创下了127 mph(约204 km/h)的世界纪录。与现在的一些汽车相比,这只是相对中等的一个速度,但这是一个正式的FIA纪录,至今没有另一辆蒸汽动力汽车可以突破。1985年,一辆相似的由蒸汽涡轮机驱动的汽车的确达到了145 mph的速度,但是没有得到FIA的承认,因为它没有遵守他们的规定。从那时起,没有一辆车正式尝试过创造新的纪录。

  2009年,这项保持了103年的速度记录将被英国一个具有创造性的工程师团队打破,他们由Steam Car公司赞助。他们将用一辆花费了10年精力打造而成的名为Inspiration的蒸汽车来进行挑战,地点选在美国加利福尼亚州的Edwards空军基地。

图1. 蒸汽汽车锅炉的开发花费了几年时间,它们安装在汽车的底盘上

  Inspiration不是一辆普通的汽车,长7。6米,重量仅3吨多,每25分钟消耗一吨水。在汽车行驶时,要使用压缩空气来保持40 bar的压力,以填充两个70升的水力蓄电气囊。这些锅炉中的管道有3000多米长,并采用先进的陶瓷-硅绝缘外层。燃烧器产生的3兆瓦特热量先将水加热至250℃,由于水所处的压力为大气压的40倍,可以称其为“湿”蒸汽。然后“湿”蒸汽将被加热到400℃,成为“干”蒸汽。干蒸汽通过严密防护的管道和两个工业蒸汽阀门进入汽车的二级涡轮发动机中。

图2. Inspiration车长7.6米,重量仅三吨多,每25分钟消耗一吨水。它的启动时间为8分钟,并且具有足够的燃料、压缩空气和水行驶三分钟

  蒸汽以两倍于声波以上的速度进入涡轮发动机,涡轮机转速可高达13,000 rpm。然后涡轮机驱动后轮、盆形齿轮和减速齿轮。

基本任务

  为了产生行驶所需的蒸汽压力,蒸汽汽车的两个70升的水力蓄电气囊(为12个车载锅炉供水)必须用蒸馏水(去除了矿物质的水)小心的启动。“启动”和“转向”设备上的储水罐以40bar的压力供水。这项基本任务由两台Cat泵业公司的1520C型三联活塞泵承担,以40-50升/分钟的速度为车供水。

  泵在蒸汽动力车的开发中起到了重要作用。

  “车在行驶过程中,产生的所有蒸汽必须通向车轮,以便积累足够的能量。”咨询工程师Matthew Candy说。“系统的设计可以让水不间断地到达汽车的加速系统,而且会使得锅炉中一直有水,因为如果一旦缺水,锅炉管道很快就会出现故障。Cat 1520C泵可以满足这些要求。”

  Cat泵业公司的1520C型泵是一种三联往复式正排量活塞泵,可以产生70 bar的压力。这种泵的每个吸入冲程可以吸入固定量的液体,并在无能效损失的情况下,将液体排出泵。Cat泵业公司的三联泵包括三个同步活塞,可以产生低脉动的液流,对于大多数应用来说是足够平稳的。由于流速可以通过泵的转速非常精确的测定,且不受液体自身比重的影响,因此水流相当稳定。