正排量活塞泵的穩定水流助蒸汽車打破速度紀錄
1906年,世界上最快的汽車“斯坦利蒸汽汽車(Stanley Steamcar)”曾在佛羅里達的Daytona Beach創下了127 mph(約204 km/h)的世界紀錄。與現在的一些汽車相比,這只是相對中等的一個速度,但這是一個正式的FIA紀錄,至今沒有另一輛蒸汽動力汽車可以突破。1985年,一輛相似的由蒸汽渦輪機驅動的汽車的確達到了145 mph的速度,但是沒有得到FIA的承認,因為它沒有遵守他們的規定。從那時起,沒有一輛車正式嘗試過創造新的紀錄。
2009年,這項保持了103年的速度記錄將被英國一個具有創造性的工程師團隊打破,他們由Steam Car公司贊助。他們將用一輛花費了10年精力打造而成的名為Inspiration的蒸汽車來進行挑戰,地點選在美國加利福尼亞州的Edwards空軍基地。
圖1. 蒸汽汽車鍋爐的開發花費了幾年時間,它們安裝在汽車的底盤上
Inspiration不是一輛普通的汽車,長7.6米,重量僅3噸多,每25分鐘消耗一噸水。在汽車行駛時,要使用壓縮空氣來保持40 bar的壓力,以填充兩個70升的水力蓄電氣囊。這些鍋爐中的管道有3000多米長,并采用先進的陶瓷-硅絕緣外層。燃燒器產生的3兆瓦特熱量先將水加熱至250℃,由于水所處的壓力為大氣壓的40倍,可以稱其為“濕”蒸汽。然后“濕”蒸汽將被加熱到400℃,成為“干”蒸汽。干蒸汽通過嚴密防護的管道和兩個工業蒸汽閥門進入汽車的二級渦輪發動機中。
圖2. Inspiration車長7.6米,重量僅三噸多,每25分鐘消耗一噸水。它的啟動時間為8分鐘,并且具有足夠的燃料、壓縮空氣和水行駛三分鐘
蒸汽以兩倍于聲波以上的速度進入渦輪發動機,渦輪機轉速可高達13,000 rpm。然后渦輪機驅動后輪、盆形齒輪和減速齒輪。
基本任務
為了產生行駛所需的蒸汽壓力,蒸汽汽車的兩個70升的水力蓄電氣囊(為12個車載鍋爐供水)必須用蒸餾水(去除了礦物質的水)小心的啟動。“啟動”和“轉向”設備上的儲水罐以40bar的壓力供水。這項基本任務由兩臺Cat泵業公司的1520C型三聯活塞泵承擔,以40-50升/分鐘的速度為車供水。
泵在蒸汽動力車的開發中起到了重要作用。
“車在行駛過程中,產生的所有蒸汽必須通向車輪,以便積累足夠的能量。”咨詢工程師Matthew Candy說。“系統的設計可以讓水不間斷地到達汽車的加速系統,而且會使得鍋爐中一直有水,因為如果一旦缺水,鍋爐管道很快就會出現故障。Cat 1520C泵可以滿足這些要求。”
Cat泵業公司的1520C型泵是一種三聯往復式正排量活塞泵,可以產生70 bar的壓力。這種泵的每個吸入沖程可以吸入固定量的液體,并在無能效損失的情況下,將液體排出泵。Cat泵業公司的三聯泵包括三個同步活塞,可以產生低脈動的液流,對于大多數應用來說是足夠平穩的。由于流速可以通過泵的轉速非常精確的測定,且不受液體自身比重的影響,因此水流相當穩定。