Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Нижняя камера [1] из Elsecar Engine

Катаракта было устройство , регулирующее скорость используется для начала одностороннего действия пучка двигателей , в частности атмосферных двигателей и корнуэльских двигателей .

Катаракта явно отличается от центробежного регулятора тем , что он не контролирует скорость хода двигателя, а скорее время между ходами.

Операция [ править ]

Катаракта, c. 1875 [2]

Типичная установка домового балочного двигателя занимала четыре этажа. Цилиндр и обычное рабочее положение машиниста располагались в «нижней камере», примерно на уровне земли. Выше находилась «средняя камера» с верхней крышкой цилиндра и «верхним соплом» (верхняя распределительная коробка), а над ней - «верхняя камера» или балочная камера. [3] Катаракта была расположена в самой нижней части машинного отделения, в камере под нижней камерой, вместе с выхлопной трубой. Это пространство было неудобным для доступа и не посещалось при нормальной работе.

Клапанный механизм, рожки и валы насосной станции Crofton

Шестерни клапана (или «рабочий передач») из двигателя Ньюкомена или корнуэльского основана на стержне . Это вертикальный шток, подвешенный к балке и движущийся параллельно поршню. К этой штанге прикреплены регулируемые толкатели . Эти толкатели ударяют по длинным изогнутым железным рычагам или «рогам», которые закреплены на трех горизонтальных валах или «осях». [i] Каждая беседка приводит в действие один из клапанов двигателя. Для циклов Корнуолла эти клапаны представляют собой верхний вход пара в верхнюю часть цилиндра, уравновешивающий клапан, соединяющий верхнюю и нижнюю части цилиндра, а также нижние выпускные клапаны и клапаны впрыска конденсированной воды, которые имеют общую оправку. [4]В отличие от большинства других паровых двигателей, эти двигатели могли работать с перерывами: совершая один ход перед остановкой и ожидая повторного запуска клапанов. [5] Скорость каждого рабочего такта или «выхода в закрытое пространство» была особенностью двигателя, и ее было нелегко изменить, но для двигателей не было необходимости работать непрерывно, ход за ходом. [4] [6] Это было прямым контрастом с роторно- балочным двигателем и роторной природой почти всех других паровых двигателей. В первоначальном цикле Ньюкомена скорость обратного хода варьировалась в зависимости от давления в котле, хотя это все еще не влияло на силу или скорость рабочего хода. [7]

Использование катаракты могло позволить двигателю работать только на трети его неуправляемой скорости. [8] Когда насосная нагрузка была переменной, катаракты также можно было подключать и отключать по мере необходимости, позволяя двигателю работать на полной скорости в течение определенного периода, а затем останавливаться между ними. [9]

Сама катаракта напоминала небольшой плунжерный насос . [2] Это был железный ящик в цистерне, наполненной водой, с плунжером или поршнем, установленным наверху и прижатым вниз грузом. Вода внутри насоса могла выйти только через небольшой кран или клапан. [10] [11] По мере того, как плунжер постепенно опускался, его движение передавалось вверх качающимся рычагом и штоком к распределителю в средней камере. Как только шток достаточно поднялся, открывается первый клапан, впускающий пар в верхнюю часть цилиндра, начиная новый ход. [ii]

Как только удар начался, рычаг качания катаракты толкался вниз двигателем. Это подняло плунжер, который действовал как всасывающий насос внутри катаракты, чтобы заполнить плунжерную коробку через откидной клапан из окружающей цистерны. [13] Цистерна была заполнена водой с помощью насоса, который работал сам двигатель.

Клапан выпуска воды управлялся штангой из нижней камеры. Это использовалось водителем двигателя для регулирования рабочей скорости в соответствии с требуемой работой. [13]

Исполнительный стержень катаракты также имел винтовой регулятор, который изменял время впрыска воды (Ньюкомен) или фазировку между впускным и выпускным клапанами (Корниш). [13] Это можно было бы использовать для увеличения времени конденсации и повышения эффективности конденсации, если бы вода для конденсации была теплой, как летом. Однако эта регулировка, похоже, плохо изучена и мало используется машинистами. [10]

Развитие [ править ]

Ранняя катаракта [ править ]

Катаракта впервые появилась на двигателях Ньюкомена в Корнуолле, хотя их изобретатель неизвестен. Они были известны во времена Смитона , и они могут быть еще одним из разработок двигателя Ньюкомена, за который он отвечал. [6] Джеймс Ватт столкнулся с ними во время своей поездки в Корнуолл в 1777 году. [14] Они были более простого типа, эти ранние катаракты или «домкрат в коробке» представляли собой простой акробатический ящик: деревянный ящик на стержне был заполнен вода через регулируемый кран. [6] Когда коробка была заполнена достаточно, чтобы иметь перевес, сработал клапан впрыска двигателя.

Ватт [ править ]

Бултон и Ватт использовали простую конструкцию катаракты в течение нескольких лет, примерно до 1779 года. [15] [16] После этого были использованы другие конструкции, в том числе водная катаракта, где та же самая вода использовалась и повторно использовалась непрерывно, а также воздух. катаракта с помощью кругового сильфона. Воздушная катаракта такого типа была поставлена ​​для шахты по добыче эля и пирожных . Плунжерный насос для лечения катаракты появился в Корнуолле к 1785 году, но не был изобретением Ватта. [15]

Поздняя катаракта [ править ]

Термин «катаракта» стал синонимом слова « dashpot» , по крайней мере, там, где он ассоциировался с паровыми машинами и их регуляторами. Они использовались в качестве демпфирующего устройства, чтобы избежать чрезмерной чувствительности центробежных регуляторов. [17]

Катаракта также использовалась в качестве предохранительного устройства от превышения скорости для водяных насосов прямого действия. [iii] Качели или рычаг «дифференциала» были помещены между штоком поршня насоса и катарактой, отрегулированной для нормальной рабочей скорости насоса. Если насос внезапно ускорится из-за разрыва насоса или чего-то подобного, поршень настигнет катаракту, и действие рычага дифференциала закроет впускной клапан пара насоса и остановит насос, ограничив возможное повреждение. [18]

Управление разомкнутым контуром [ править ]

Катаракта, как и большинство регуляторов, является примером сервомеханизма . Однако, в отличие от более известного центробежного регулятора Watt, это регулирование с разомкнутым , а не с замкнутым контуром . Катаракта движется со своей собственной скоростью, но не измеряет результирующую скорость двигателя. Катаракту также называют «водяными часами». [15]Это предполагает, что взаимосвязь между работой катаракты и скоростью двигателя является фиксированной, что является допустимым предположением для лучевого двигателя, поскольку катаракта управляет синхронизацией хода двигателя, а не регулируемой мощностью или дроссельной заслонкой. Когда регулятор управляет такой дроссельной заслонкой, как в случае регулятора Ватта, скорость двигателя зависит от сложной и непредсказуемой зависимости между нагрузкой двигателя, положением клапана и изменяющейся эффективностью двигателя. Такие регуляторы должны использовать управление с обратной связью, если они хотят поддерживать эффективное и точное регулирование.

Синхронизация [ править ]

Одним из преимуществ независимой и разомкнутой природы управления катарактой было то, что два двигателя можно было настроить на синхронную работу, но в противофазе . С качающими двигателями это давало более равномерную производительность. [19]

Центробежный регулятор [ править ]

Хотя центробежный регулятор уже был известен по его использованию в водяных и ветряных мельницах , только в 1788 году Ватт первым применил его в паровой машине. [20] Это был « Lap Engine », ранний роторный двигатель, который сейчас хранится в Музее науки в Лондоне .

Для вращающегося двигателя необходимо было контролировать скорость, с которой двигатель перемещается на протяжении всего хода, а не просто изменять синхронизацию между тактами. Это потребовало использования дроссельной заслонки в подаче пара, управляемой регулятором. Поскольку нагрузка на двигатели мельниц и аналогичные виды использования могут варьироваться, также требовалось регулирование с обратной связью, такое как центробежный регулятор частоты вращения двигателя. [20] Таким образом, катаракта не использовалась на ротационных двигателях, даже там, где в Корнуолле все еще использовались односторонние двигатели с обмоткой Корнуолла. [21]

Двигатели Корнуолла не поддавались управлению дроссельной заслонкой, так как их рабочий цикл зависел от времени конденсации больше, чем дросселирование подачи пара. Двигатели с невращающейся балкой также не имели простых средств управления центробежным регулятором. По этим причинам катаракта оставалась в эксплуатации столько же, сколько и двигатель Корнуолла. [22]

Заметки [ править ]

  1. ^ У некоторых моторов Корнуолла были свои клапаны, расположенные на разном количестве валов, хотя их основная работа осталась прежней.
  2. ^ Это было началом инсульта с корнуолльским циклом. Для двигателя Ньюкомена катаракта приводила в действие клапан впрыска воды, который вызывал конденсацию в цилиндре [12] и, таким образом, начало рабочего такта.
  3. ^ Это был тип небольших поршневых насосов, обычно используемых в качестве насосов питательной воды для котлов и часто описываемых как тип «водослива».

Ссылки [ править ]

  1. ^ Вудол (1975) , стр. 29.
  2. ^ а б Эверс, Генри (1875). Пар и паровой двигатель: суша и море . Глазго: Уильямс Коллинз. С. 60–61.
  3. ^ Woodall (1975) , стр. 29-30.
  4. ↑ a b ( Woodall 1975 , стр. 31–33)
  5. ^ Кларк, Дэниел Киннер (1892). «3: Трактат о двигателях и котлах» . Паровоз . II . Блэки и сын. С. 275–276.
  6. ^ a b c Фари, Джон (1827). Трактат о паровой машине: исторический, практический и описательный . Том 1. С. 188–189.
  7. ^ Farey (1827) , стр. 187.
  8. ^ Кларк (1892) , стр. 339.
  9. ^ Кларк (1892) , стр. 203.
  10. ^ a b Вудалл, Фрэнк Д. (1975). Паровые двигатели и водяные колеса . Морланд. С. 33–34. ISBN 0903485354.
  11. ^ Келли, Морис (2002). «Приложение A: Crofton Nº 1 Boulton & Watt Engine». Невращающийся лучевой двигатель . Camden Miniature Steam Services. п. 21. ISBN 0-9536523-3-5.
  12. ^ Кларк (1892) , стр. 169.
  13. ^ a b c Келли (2002) , стр. 56.
  14. ^ Дикинсон и Дженкинс (1927) , стр. 46.
  15. ^ a b c Дикинсон, HW; Дженкинс, Р. (1981) [1927]. Джеймс Ватт и паровой двигатель . Издательство Морланд. С. 183–184. ISBN 0-903485-92-3.
  16. ^ Кларк (1892) , стр. 365.
  17. ^ Кларк (1892) , стр 67,182.
  18. ^ Кларк (1892) , стр. 281.
  19. ^ "100-дюймовый двигатель Grand Junction" . Музей пара на мосту Кью .
  20. ^ a b ( Дикинсон и Дженкинс, 1927 , стр. 220–223)
  21. ^ Вудол (1975) , стр. 49.
  22. Перейти ↑ «Victoria» Pumping Engine, East London Waterworks, ( Clark 1892 , pp. 275–276)