Корниш двигатель представляет собой тип парового двигателя разработан в Корнуолле , Англия, главным образом , для откачки воды из шахты. Это форма лучевого двигателя, который использует пар под более высоким давлением, чем более ранние двигатели, разработанные Джеймсом Ваттом . Двигатели также использовались для приведения в действие двигателей людей, которые помогали шахтерам перемещаться на рабочий уровень и обратно , для транспортировки материалов в шахту и из нее , а также для привода рудоразделочного оборудования на месте . [1]
На заднем плане: паровой двигатель в Корнуолле
В Корнуолле издавна существовали рудники олова , меди и других металлических руд, но если добыча должна вестись на большей глубине, необходимо найти способ отвода воды из шахты. Это может быть сделано с использованием лошадиных сил или водяного колеса для работы насосов, но лошади имеют ограниченную мощность, а водяные колеса нуждаются в подходящем потоке воды. Соответственно, преобразование угля в энергию для работы насосов было весьма желательно для горнодобывающей промышленности.
До 1714 года Уил Вор (шахта) имел один из самых ранних двигателей Ньюкомена (внутрицилиндровые конденсаторные двигатели, работающие под давлением ниже атмосферного), но в Корнуолле нет угольных месторождений, а уголь, импортированный из Южного Уэльса, был дорогим. Стоимость топлива для перекачки, таким образом, составляла значительную часть затрат на добычу полезных ископаемых. Позже многие из более эффективных ранних двигателей Ватта (с использованием внешнего конденсатора) были установлены Бултоном и Ваттом в Корнуолле. Они взимали с владельцев шахт роялти, исходя из доли экономии топлива. Топливная эффективность двигателя измерялась его «нагрузкой», выраженной в работе (в фут-фунтах ), создаваемой бушелем (94 фунта (43 кг)) угля. У первых двигателей Watt было 20 миллионов, а у более поздних - более 30 миллионов. [2]
Корнуоллский цикл
Цикл Корнуолла работает следующим образом. [3]
Исходя из условий во время работы, когда поршень находится в верхней части цилиндра, цилиндр под поршнем, заполненный паром из предыдущего хода, котел при нормальном рабочем давлении и конденсатор при нормальном рабочем вакууме,
- Впускной клапан пара под давлением и выпускной клапан пара низкого давления открываются. Пар из котла под давлением входит в верхнюю часть цилиндра над поршнем, толкая его вниз, а пар под поршнем втягивается в конденсатор, создавая вакуум под поршнем. Разница давлений между паром при давлении в котле над поршнем и разрежением под ним приводит к опусканию поршня.
- На половине хода впускной клапан пара под давлением закрыт. Затем пар над поршнем расширяется до конца хода, в то время как пар низкого давления на другой стороне (дне) поршня продолжает втягиваться в конденсатор, тем самым поддерживая частичный вакуум в этой части цилиндра.
- В конце хода выпускной клапан конденсатора закрывается, а равновесный клапан открывается. Вес шестерни насоса подтягивает поршень вверх, и когда поршень поднимается, пар передается через уравновешивающую трубу сверху поршня в нижнюю часть цилиндра под поршнем.
- Когда поршень достигает верха цилиндра, цикл готов к повторению.
Следующий удар может произойти немедленно или он может быть отсрочен из-за устройства отсчета времени, такого как катаракта . Если для двигателя не было необходимости работать на максимальной скорости, снижение скорости работы экономило топливо.
Двигатель одностороннего действия , паровой поршень поднимается вверх за счет веса поршня насоса и штоков. Пар может подаваться под давлением до 50 фунтов на квадратный дюйм (340 кПа).
Реальные фотографии, показывающие компоненты схематического дизайна ( шахта Ист-Пул, шахта Тайлера, двигатель Харви):
Характеристики
Основным преимуществом корнуоллского двигателя был его повышенный КПД, достигнутый за счет более экономичного использования пара более высокого давления. В то время повышение эффективности было важным в Корнуолле из-за высокой стоимости угля; в Корнуолле нет угольных месторождений, и весь используемый уголь приходилось привозить из-за пределов графства. [ необходима цитата ]
Повышение давления в котле выше очень низкого, практически атмосферного давления пара, используемого Джеймсом Ваттом, было важным элементом повышения эффективности корнуоллского двигателя. Однако простое повышение давления в котле сделало бы двигатель более мощным без повышения его эффективности. Ключевым достижением было расширение пара в цилиндре. В то время как Джеймс Ватт придумал идею создания экспансивной работы пара - и включил ее в свой патент 1782 года - он понял, что низкое давление пара в его применении делает повышение эффективности незначительным, и поэтому не стал ее преследовать. [ необходима цитата ]
В двигателе Ватта пар пропускается на протяжении рабочего хода поршня. В конце хода пар выпускается, а оставшаяся энергия расходуется в конденсаторе, где пар снова охлаждается до воды. [ необходима цитата ]
В корнуоллском двигателе, напротив, впускной клапан закрывается в середине рабочего такта, позволяя пару, уже находящемуся в этой части цилиндра, расширяться в остальной части такта до более низкого давления. Это приводит к улавливанию большей части его энергии и меньшим потерям тепла в конденсаторе, чем в двигателе Ватта. [ необходима цитата ]
Другие характеристики включают изоляцию паропроводов и цилиндра, а также паровую рубашку цилиндра, оба из которых ранее использовались Watt. [4]
Немногие двигатели Корнуолла остаются на своих первоначальных местах, большинство из них было списано, когда их родственная промышленная фирма закрылась. [1]
Двигатель Cornish развивал нерегулярную мощность на протяжении всего цикла, полностью останавливаясь в какой-то момент, имея быстрое движение при ходе вниз, что делало его непригодным для вращательного движения и большинства промышленных применений. [4] Для этого также требуется необычный клапанный механизм , см. " Клапанный механизм двигателя Корнуолла" . [ необходима цитата ]
Развитие корнуоллского двигателя
Двигатель Корнуолла зависел от использования давления пара выше атмосферного, как это было разработано Ричардом Тревитиком в 19 веке. Первые «воздушные» двигатели Тревитика выбрасывали пар в атмосферу. Это отличалось от паровой машины Уатта, которая перемещала конденсирующийся пар из цилиндра в конденсатор, отдельный от цилиндра; следовательно, двигатель Ватта зависел от создания вакуума при конденсации пара. Более поздние двигатели Тревитика (в 1810-х годах) объединили два принципа, начиная с пара высокого давления, который затем передавался на другую сторону поршня, где он конденсировался, и там он действовал как двигатель с давлением ниже атмосферного. Параллельно с этим Артур Вульф разработал составную паровую машину , в которой пар последовательно расширялся в двух цилиндрах, каждый из которых находился под давлением выше атмосферного. [2]
Когда Trevithick уехал в Южную Америку в 1816 году он передал свое патентное право своего последнего изобретения к Уильям Симс , которые построили или адаптированными ряд двигателей, в том числе один на Уил Chance , работающих на 40 фунтов на квадратный дюйм (280 кПа) выше атмосферного давления , которые достигли эффективности почти 50 миллионов, но затем ее эффективность упала. Испытание было проведено между одноцилиндровым двигателем типа Trevithick и составным двигателем Woolf в Уил-Альфреде в 1825 году, когда оба двигателя достигли нагрузки немногим более 40 миллионов. [5]
Следующее улучшение было достигнуто в конце 1820-х годов Сэмюэлем Гроузом , который уменьшил потери тепла за счет изоляции труб, цилиндров и котлов двигателей, увеличив нагрузку до более чем 60 миллионов в Уил Хоуп, а затем почти до 80 миллионов в Уил. Towan . Тем не менее, лучшая работа обычно была недолговечной из-за общего износа оборудования, утечек из котлов и износа пластин котла (что означало, что давление приходилось снижать). [5]
Незначительные доработки несколько увеличили нагрузку, но двигатель, похоже, достиг своего практического предела к середине 1840-х годов. При давлении до 50 фунтов на квадратный дюйм (340 кПа) эти силы, вероятно, вызвали поломки оборудования. Такие же улучшения в работе произошли с двигателями, работающими по штампам и прихотям Корнуолла , но, как правило, происходили немного позже. В обоих случаях лучшая нагрузка была ниже, чем для насосных двигателей, особенно для причудливых двигателей, работа которых была прерывистой. [2]
Толчком к усовершенствованию паровой машины был Корнуолл из-за высокой цены на уголь там, но капитальные затраты и затраты на техническое обслуживание были выше, чем у паровой машины Ватта. Это надолго задержало установку двигателей Корнуолла за пределами Корнуолла. Подержанный двигатель Корнуолла был установлен на Водопроводной станции Ист-Лондона в 1838 году, и его сравнение с двигателем Ватта показало хорошие результаты, потому что цена угля в Лондоне была даже выше, чем в Корнуолле. Однако в основных регионах текстильной промышленности, таких как Манчестер и Лидс , цена угля была слишком низкой, чтобы сделать замену экономичной. Только в конце 1830-х годов производители текстиля начали переходить на двигатели высокого давления, обычно добавляя цилиндр высокого давления, образуя составной двигатель, вместо того, чтобы следовать обычной практике Корнуолла. [2]
Сохранившиеся корнуоллские двигатели
Несколько двигателей Корнуолла сохранились в Англии. Лондон Музей воды и пара имеет самую большую коллекцию Корниш двигателей в мире. На насосной станции Крофтон в Уилтшире установлены два двигателя Корнуолла, один из которых (1812 Boulton and Watt ) является «самым старым двигателем с рабочей балкой в мире, все еще в своем первоначальном машинном отделении и способным фактически выполнять ту работу, для которой он был установлен. ", то есть перекачки воды на вершину канала Кеннет и Эйвон . [6] Два экземпляра также сохранились в Корнуоллском музее шахт и двигателей на месте шахты Ист-Пул недалеко от города Пул, Корнуолл .
Другой пример - на руднике Полдарк в Тренире, Корнуолл - балочный двигатель Харви оф Хейл Корниш примерно с 1840 по 1850 год, первоначально использовавшийся на оловянном руднике Банни, а затем на Гринсплат Китайском глиняном карьере, оба недалеко от Сент-Остелла. Он больше не работает как паровой двигатель, а вместо этого приводится в движение гидравлическим механизмом. Он использовался на Greensplat до 1959 года и стал последним корнуоллским двигателем, коммерчески работавшим в Корнуолле. Он был перенесен в Полдарк в 1972 году. [7]
Насосная станция Cruquius в Нидерландах содержит Корниш двигатель с наибольшим диаметром цилиндром когда - либо построенный для Корниш двигателя, на 3,5 метрах (140 дюймов) в диаметре. Двигатель, который был построен Harvey & Co в Хейле , Корнуолл, имеет восемь балок, соединенных с одним цилиндром , каждая балка приводит в действие один насос. [8] Двигатель был восстановлен в рабочем состоянии между 1985 и 2000 годами, хотя теперь он работает от маслонаполненной гидравлической системы, так как восстановление работы на пару было нежизнеспособным. [9]
В Корниш Engines комитет по охране , ранняя промышленная археология была образована организация, в 1935 году для сохранения обмотки двигателя Левант . Позже комитет был переименован в Ричарда Тревитика . Они приобрели еще один заводной двигатель и два насосных двигателя. [10] Они издают информационный бюллетень, журнал и множество книг по двигателям Корнуолла, горнодобывающей промышленности, инженерам и другим темам промышленной археологии. [11] [12]
Смотрите также
- Лучевой двигатель
- Горное дело в Девоне и Корнуолле
- Стационарный паровой двигатель
- Репортер Lean's Engine
- Катаракта (лучевой двигатель)
Рекомендации
- ^ а б Бартон, ДБ (1966). Корнуоллский луч двигателя (новое изд.). Труро: Д. Брэдфорд Бартон.
- ^ а б в г Нуволари, Алессандро; Верспаген, Барт (2009). «Технический выбор, инновации и британская паровая техника, 1800-1850 годы». Обзор экономической истории . 63 (3): 685–710.
- ^ «Архивная копия» . Архивировано с оригинала на 28 июля 2015 года . Проверено 5 января 2015 года .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
- ^ а б Хантер, Луи С. (1985). История промышленной энергетики в Соединенных Штатах, 1730-1930, Vol. 2: Сила пара . Шарлоттсвилль: Издательство Университета Вирджинии.
- ^ а б Нуволари, Алессандро; Verspagen, Барт (2007). " Репортер двигателя Lean и двигатель Корнуолла". Труды Общества Ньюкоменов . 77 (2): 167–190. DOI : 10.1179 / 175035207X204806 .
- ^ «Крофтон» . Архивировано из оригинала 6 августа 2011 года.
- ^ Файфилд-Шейлер (1972). Создание Вендрона . Архив ООО «Графмитр».
- ^ «Строительство» . Музей Крукиуса . Архивировано из оригинального 19 июля 2011 года . Проверено 3 августа 2009 года .
- ^ «Гидравлический» . Музей Крукиуса . Архивировано из оригинального 19 июля 2011 года . Проверено 3 августа 2009 года .
- ^ Общество Тревитика. Открытые лекции и беседы. Проверено 22 сентября 2012 года.
- ^ Общество Тревитика. Журнал Общества Тревитика, выпуски 6-10. Общество Тревитика, 1978.
- ^ Общество Тревитика. Архивировано 2 января 2013 года в archive.today Cornish Miner - Книги о Корнуолле. Проверено 22 сентября 2012 года.
Внешние ссылки
- Корнуолл-лучевая анимация двигателя
- Насосная станция Cruquius (включает механические детали, моделирование, технические чертежи и т. Д.)
- История двигателя Корнуолла, контекст
- "Корнуоллский цикл" на YouTube