Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Поздняя генераторная установка Ashworth and Parker , установленная в 1988 г.
Ранний горизонтальный двигатель с динамо-машиной с прямой муфтой

Высокоскоростные паровые машины были одной из последних разработок стационарной паровой машины . Они работали на высокой скорости, в несколько сотен оборотов в минуту, [1] что было необходимо для таких задач, как производство электроэнергии. [2]

Определение характеристик [ править ]

Двигатель Питера Братства около 1900 года, поставленный Королевскому флоту для генерации на борту.

У них есть две основные характеристики:

  • Высокоскоростной.
Этого достаточно для непосредственного приведения в движение небольшой динамо-машины , вместо того, чтобы приводить в действие ремни.
  • Точная регулировка скорости.
Генерация с помощью динамо-машины требует стабильной скорости вращения для стабильного выходного напряжения даже при изменении нагрузки. Когда генератор переменного тока работал, выходная частота также зависела от стабильной скорости вращения.

Это также привело к появлению ряда второстепенных характеристик. Хотя они не были определяющими для типа или всегда были таковыми, они были широко распространены:

  • Улучшенная смазка, как того требует их высокая скорость.
При этом часто использовался закрытый картер с масляным картером и смазкой « разбрызгиванием » или кольцевыми масленками . Некоторые зашли так далеко, что имели масляные насосы с приводом от двигателя и систему циркуляции .
Поскольку картер стал более важным для смазки, компоновка была проще, если давление пара прикладывалось только к одной стороне цилиндра. Это имеет второе преимущество: поскольку сила пара теперь действует только на одной стороне поршня, сила, действующая на подшипники, будет по-прежнему изменяться во время хода, но больше не меняет свое направление на противоположное. [i] Это снижает влияние любого перекоса подшипников на высокой скорости. [3]

Высокая скорость не требовалась для выработки электроэнергии на крупнейших предприятиях города. [ii] Поскольку эти установки обязательно были большими, они также могли использовать динамо-машины большого диаметра с множеством полюсов. Это дало необходимую линейную скорость (число прошедших полюсов / время) для более низкой скорости вращения вала.

Эти двигатели выпускались как с простыми, так и с составными рабочими циклами. Примеры меньшего размера обычно были простыми, поскольку трудности достижения хорошего регулирования перевешивали эффективность компаундирования. Высокоскоростные двигатели действительно заработали репутацию расточительных. [1] Для более крупных двигателей экономия топлива была оправданной, и были использованы сложные конструкции, такие как двигатель Willans .

Они также использовали широкий ассортимент клапанов. Примеры с золотниковыми или поршневыми клапанами были обычными. Многоцилиндровые двигатели одностороннего действия обычно имеют один поршневой клапан между двумя цилиндрами, либо между цилиндрами, либо горизонтально над ними. [1]

Клапанный механизм, приводящий в действие эти клапаны, обычно был простым, с одним эксцентриком, предназначенным только для работы с одной скоростью в одном направлении при довольно постоянной нагрузке. Хотя эти двигатели были современниками сложных и эффективных клапанных механизмов, таких как Corliss , эти регулирующие клапаны не могли работать достаточно быстро. [3] [4] [5]

Типичный горизонтальный двигатель с компактной рамой
Одноцилиндровый двигатель Belliss & Morcom

"Автоматические" двигатели [ править ]

Автоматический регулятор Ames с центробежным грузом и листовой пружиной

Ключевым требованием к высокоскоростной паровой машине было точное управление постоянной скоростью даже при быстро меняющейся нагрузке. Хотя управление паровыми двигателями с помощью центробежного регулятора восходит к Ватту , этого управления было недостаточно. Эти ранние регуляторы управляли дроссельной заслонкой для управления потоком пара в двигатель. Это дает недостаточно точный контроль постоянной скорости, необходимой для выработки электроэнергии.

Решением, разработанным для высокоскоростных паровых двигателей, стал «автоматический» регулятор. Вместо того, чтобы контролировать расход пара, он управлял синхронизацией или « отсечкой » впускных клапанов. [6] [7] Этот регулятор находился между коленчатым валом и эксцентриком, приводящим в движение шестерню клапана. Его часто делали как часть маховика двигателя. Центробежный грузик в регуляторе двигался против пружины с возрастающей скоростью. Это привело к смещению эксцентрика относительно кривошипа, изменению фаз газораспределения и преждевременному отключению. Поскольку этот элемент управления действовал непосредственно на порт цилиндра, а не через длинную трубу от дроссельной заслонки, он мог быть очень быстродействующим.

Смазка [ править ]

Смазка закрытого картера разбрызгиванием [ править ]

Секция закрытого двигателя со смазкой разбрызгиванием

Смазка разбрызгиванием : Смазка первых высокоскоростных двигателей, таких как Ideal (горизонтальный двигатель с открытым коленчатым валом) [8], смазывалась за счет развития систем маслосъемных колпачков , ранее широко распространенных на среднеоборотных стационарных двигателях. Масляные колпачки и многоточечные лубрикаторы могут достаточно хорошо смазывать подшипники вала, и даже самый неосторожный машинист или масленщик сможет увидеть одно смотровое стекло.. Сложность заключалась в том, что на высокоскоростных двигателях масленки больше нельзя было устанавливать на движущиеся части, такие как крейцкопф или шатун. Любой масляный резервуар здесь будет взбалтываться движением, и такой обязательно небольшой запас также может быть недостаточной для двигателя, выполняющего столько работы в небольшом пространстве. Таким образом, больше внимания уделялось тщательности смазки, и движущиеся части, такие как шатунный шатун, подавались через отверстия через коленчатый вал из маслоснабжения, которые вращались, но не двигались, например, коренные подшипники. Центробежная сила также использовалась для распределения масла. [8] Обычно высокоскоростные двигатели имели только один или два лубрикатора, [iii] Так что уход за двигателем был более простой задачей и менее подвержен поломкам из-за простой невнимательности и работы лубрикатора всухую.

Двигатели одностороннего действия [ править ]

Двухцилиндровый вертикальный двигатель одностороннего действия с закрытым картером. Регулятор можно увидеть внутри картера.

По мере увеличения скорости высокоскоростной двигатель эволюционировал в свою развитую форму многоцилиндрового вертикального двигателя с закрытым картером . Также существовала тенденция к использованию поршней одностороннего действия . Это имело два преимущества: смазка могла быть обеспечена за счет обширной системы «разбрызгивания» внутри картера, которая также способствовала охлаждению, и, во-вторых, силы в двигателе одностороннего действия всегда действуют таким же образом, как сила сжатия вдоль картера. поршневой шток и шатун. Это означало, что даже если зазоры подшипника были относительно небольшими, подшипник всегда удерживался плотно. Подшипники с провисанием и, следовательно, свободным ходом могут быть приемлемыми. Примером такого двигателя могут быть двухцилиндровые двигатели Westinghouse . [9]В этих двигателях использовался ствол поршня , который используется сегодня в двигателях внутреннего сгорания, где нет отдельной траверсы, а поршневой палец шатуна перемещается вверх внутри самого поршня. Это обеспечивает очень компактную компоновку, но, очевидно, требует поршня одностороннего действия. Основные подшипники коленчатого вала этого двигателя были снабжены отдельными масленками, которые стекали в поддон картера. Было установлено, что масло картера будет загрязнено водой из-за конденсированного пара и прорыва поршней. Был предусмотрен клапан для слива накопившегося конденсата из-под масла на дне глубокого отстойника.

Двигатели двойного действия и изобретение смазки под давлением [ править ]

Важная концепция смазки подшипников двигателя под давлением началась с высокоскоростных паровых двигателей и теперь является жизненно важной частью двигателей внутреннего сгорания . Это одновременно надежная система смазки, а также позволяет использовать гидродинамические подшипники («масляный клин»), которые могут выдерживать более высокие нагрузки. Первые патенты на это были выданы Belliss & Morcom в 1890 году на работу их рисовальщика Альберта Чарльза Пейна. [3] Belliss & Morcom предпочла цилиндры двустороннего действия, чтобы производить двигатели наименьшего размера для заданной мощности; один из их основных рынков, как Peter Brotherhood , был поставкой генераторных установок для Королевского флота.для использования в машинном отделении военного корабля. Сложность двигателя двойного действия заключалась в том, что теперь направление сил в шатуне меняет направление между сжатием и растяжением, так что зазоры подшипников должны быть более плотными, чтобы избежать дребезжания. Беллисс и Морком разработали двухцилиндровый двигатель мощностью 20 л.с. при 625 об / мин, в котором использовался небольшой отдельный масляный насос для подачи масла под давлением к подшипникам кривошипа через длинные просверленные отверстия в коленчатом валу. Это обеспечивало надежную смазку и охлаждение, а давление масляной пленки было достаточным для использования двигателей двойного действия с достаточным зазором для обеспечения свободного хода. [10]

См. Также [ править ]

  • Двигатель Willans
  • Однопоточный двигатель
  • Паровой двигатель , применение принципов высокоскоростного двигателя к паровозам

Заметки [ править ]

  1. ^ Такое же постоянное направление силы характерно для двухтактного двигателя внутреннего сгорания , но не для четырехтактного .
  2. ^ Первое из этих растений были получены либо для streetlighting или электрических трамваев ,несколько лет до внутренних поставок электроэнергии стали популярными.
  3. ^ Паровое масло, используемое внутри цилиндра, часто отличалось от масла подшипников, особенно если подаваемый пар был перегретым .

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Высокоскоростной паровой двигатель . Справочник Scientific American: Руководство для офиса, дома и магазина (в кожаном переплете) . Scientific American. 1921 г., От 400 до 1200 об / мин
  2. ^ Кеннеди, Рэнкин (1912). Книга современных двигателей и генераторов . Vol. IV (издание 1912 г., кн. 1905 г.). Лондон: Кэкстон. С. 195–215.
  3. ^ a b c «Высокоскоростные паровые двигатели» . 20 декабря 2005 г.
  4. ^ Хокинс, Неемия (1897). Новый катехизис парового двигателя . Нью-Йорк: Тео Одель.
  5. ^ Долби, Уильям Эрнест (октябрь 2008). Клапаны и клапанные механизмы . ISBN 9780559366307.
  6. ^ Хокинс, Новый катехизис парового двигателя , стр. 100–101.
  7. ^ Кеннеди, Рэнкин (1903). Производство электроэнергии, первичных двигателей, генераторов и двигателей . Электроустановки. Vol. III (издание 1903 года (пять томов) из четырех томов до 1903 года). Лондон: Кэкстон. С. 78–80.
  8. ^ a b Хокинс, Новый катехизис парового двигателя , стр. 105.
  9. ↑ Хокинс, Новый катехизис парового двигателя , стр. 110–113.
  10. ^ Шторер, JD (1969). «11: Высокоскоростные паровые двигатели». Простая история парового двигателя . Джон Бейкер. С. 155–156. ISBN 0212-98356-3.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Норрис, Уильям; Морган, Бенджамин Х. (1900). Высокоскоростные паровые машины .