Насос Хамфри является большой внутреннего сгорания на газовом топливе с жидкостным поршневой насос . Их использовали для масштабных проектов водоснабжения. [1] [2] Они были популярны лишь в течение короткого времени, примерно с 1910 года до начала Первой мировой войны , но продолжали служить еще долгое время, некоторые продолжались до 1970-х годов.
Насос был изобретен Х.А. Хамфри , MIMechE. Он был описан в документе, представленном им в Институт инженеров-механиков 19 ноября 1909 года. [1] [2] [3] Насос, способный перекачивать 250 000 галлонов в час на высоту 35 футов, был выставлен на Брюссельской выставке 1910 года. Выставка, на которой он был удостоен двух Гран-при как за двигатели, так и за насосы. [4]
Операция
Насосы представляют собой флюидинный двигатель внутреннего сгорания . Хотя сейчас флюидины считаются одной из форм двигателя Стирлинга внешнего сгорания , насос Хамфри был одним из первых примеров такого двигателя, использующего внутреннее сгорание. Флюидайн имеет несколько движущихся частей: хотя они могут включать в себя различные клапаны, их ключевой особенностью является то, что масса жидкости действует как их поршень , а не более обычный механический поршень. Обычно они используются для перекачивания жидкостей [примечание 1] и используют перекачиваемую жидкость как собственный поршень.
Насос Хамфри состоит из большой U-образной трубки, наполненной водой. Один конец закрыт тяжелой чугунной «головкой сгорания». Головка сгорания содержит впускной и выпускной клапаны, источник воспламенения и выдерживает давление камеры сгорания. Вода поступает в насос через подпружиненные впускные клапаны под камерой сгорания. Отличительной особенностью насоса Хамфри по сравнению с другими насосами является то, что вода должна течь только через этот единственный набор клапанов: нет обратных выпускных клапанов, только инерция подаваемой воды в выпускной трубе используется для контролировать его поток. Поскольку нагнетательные клапаны не открываются и не закрываются внезапно, поток воды изменяется плавно, что позволяет избежать гидроудара и обычных проблем для этого типа насосов. [1] [5] : 1–16
Горючий газ, смешанный с воздухом, подается в камеру сгорания и затем воспламеняется электрической искрой. Сила расширяющегося газа выталкивает воду из камеры сгорания вниз и ускоряет ее по напорной трубе. Когда давление в камере падает до давления воды на входе, подаваемая вода больше не ускоряется, но большая масса воды в длинной трубе продолжает течь по своей собственной инерции. Это снижает давление в камере ниже атмосферного, что приводит к открытию входного воздушного и газового клапанов, втягивая свежий воздух в качестве эффекта продувки . Когда вода начинает стекать обратно по U, это увеличивает давление в камере и заставляет выпускные клапаны открываться.
Двигатели работали на генераторном газе , производимом на месте. Его можно было производить из дерева, как в Кобдогла, или из угля.
Зажигание электрическое, от свечи зажигания . Поскольку не было движущегося вала, на котором можно было бы установить магнето , ток высокого напряжения подавался с помощью катушки тремблера .
Четырехтактные и двухтактные циклы
Насос Хамфри мог работать с четырехтактным или двухтактным циклом . [2] Их нормальная работа была четырехтактным. Это требовало механических блокировок впускных клапанов, чтобы выпускной и продувочный клапаны открывались один раз в течение цикла, чтобы обеспечить продувку выхлопных газов, но не во время цикла сжатия впоследствии. [5] : 2,4 Двухтактный цикл также был возможен, если могла быть достигнута адекватная очистка. Воздух, находящийся в камере сгорания насоса Хамфри, выполняет две функции: как для сгорания, так и как пневморессора.для поддержания колеблющегося водяного столба. Поскольку это пружинное действие включает в себя большой объем воздуха по сравнению с минимальным количеством воздуха, необходимого для сгорания, воздух легко охлаждается до температуры ниже температуры воспламенения, чтобы предварительно воспламенить следующий заряд. Однако риск неэффективного четырехтактного двигателя все еще существует , если только продувка не будет достаточно эффективной, чтобы удалить предыдущие выхлопные газы. Для этого использовалась высокая и тонкая камера сгорания, так что воздух для горения оставался примерно изолированным от большей части воздуха в камере и поэтому сначала продувался через выпускные клапаны. Отдельного клапана продувочного воздуха не было. [5] : 11–12
Двухтактный двигатель имел преимущества в эффективности. Поскольку сжатие заряда осуществлялось за счет более мощного первого такта сжатия, была достигнута более высокая степень сжатия, что дало лучшую эффективность. [5] : 11–12 Несмотря на это, двухтактная конструкция, похоже, не использовалась в коммерческих целях.
Ограничения и преимущества
Первым ограничением насоса Хамфри является то, что он не имеет всасывающей способности, фактически он должен быть установлен в сухом отстойнике на несколько метров ниже уровня подачи. Учитывая физический размер насоса и необходимость защиты оборудования от наводнений, это немалое инженерное упражнение, требующее (в примере Кобдогла) несколько тысяч тонн бетона. Кроме того, он имеет максимальный подъем всего около 10 метров. [6] Его обычное топливо, генераторный газ, содержит очень высокий уровень окиси углерода , от которого персонал и посетители должны быть защищены в случае случайной утечки. Именно из-за этого были остановлены демонстрации Cobdogla.
Однако его преимущества заключаются в том, что он не имеет движущихся частей, за исключением десятков подпружиненных впускных клапанов, имеет низкие эксплуатационные расходы и высокую надежность. Он также довольно эффективен, потребляя примерно половину топлива по сравнению с насосом, приводимым в действие механическим газовым двигателем, выполняющим ту же работу. [6]
Установленные насосы
Известно и описано несколько завершенных установок насосов Хамфри:
В резервуаре короля Георга V , недалеко от Чингфорда в Восточном Лондоне, было установлено четыре насоса Хамфри, когда насосная станция была впервые построена в 1912 году. [7] [8] [9] Каждый насос был способен перекачивать 40 000 000 галлонов воды в день. Пятый насос поменьше был добавлен позже. [2] Они были построены Beardmore's из Глазго.
Одиночный насос диаметром 66 дюймов был установлен в Дель-Рио , штат Техас, в 1914 году. [10] Он был построен компанией Humphrey Gas Pump Co. из Сиракуз, штат Нью-Йорк, которая получила лицензию на патенты Хамфри.
В 1914 году рассматривалось также строительство очень большого дренажно-ирригационного завода для Египта. [11] Строительство было прервано из-за начала Первой мировой войны . Первоначально предполагалось использовать восемнадцать насосов, каждый из которых доставлял 100000000 галлонов в день на высоту 20 футов. [1] [12] Каждая насосная камера должна была иметь диаметр 8 футов 8 дюймов и высоту 14 футов. В окончательном строительстве использовалось десять насосов: пять от Beardmore's и пять от итальянского подразделения Brown Boveri . [11]
Два насоса, каждый с производительностью 1 500 000 имперских галлонов (6,8 мл) в час [6] (36 000 000 имперских галлонов (160 мл) в день), были установлены в Кобдогла , на реке Мюррей в Австралии, с 1923 года. Они были построены компанией Beardmore's. в Глазго и отправлены в Австралию для сборки. [13] [14]
Сохранившиеся примеры
Насосы Chingford были заменены электронасосами в 1970-х годах, хотя три из них остались на месте. [15]
Насосы Cobdogla работали с 1927 по 1965 год. В 1985 году один из них был восстановлен как действующий и был удостоен награды IMechE Engineering Heritage Award . [16]
Строительство действующей модели насоса Хамфри было завершено в 2008 году, и модель демонстрировалась на различных днях открытых дверей в музеях Великобритании. [15]
Подобные насосы
Примерно в то же время описывался аналогичный насос Joy. Он был намного меньше, около шести дюймов в диаметре, а не шести футов, и к тому же имел гораздо меньшие соединения с водопроводными трубами. Эта уменьшенная масса воды также снизила степень сжатия, доступную в камере сгорания, что привело к снижению эффективности. Однако способность насоса работать с высотой всасывания в несколько футов, а не погружаться в воду, как насос Хамфри, была удобством. Считалось, что этот насос найдет применение для небольших или портативных задач, где его удобство перевешивает эффективность. [5] : 15–16
Двигатели на основе цикла Хамфри
В некоторых конструкциях ротор или турбина работают между двумя цилиндрами. Идея состоит в том, чтобы преобразовать колебания столба жидкости между двумя цилиндрами во вращение. Кресс получил патент США 3 135 094 на такой двигатель с эксцентриковым ротором. Абульнага получил патент 607796 в Австралии в 1991 году на жидкостный поршневой двигатель внутреннего сгорания с турбиной типа Дарье, вращающейся между двумя цилиндрами. [17]
Sun et al. проанализировали особенности цикла Хамфри / Аткинсона и показали, что он может быть более эффективным, чем цикл Отто при определенных условиях. Они предложили его использовать для анализа нового поколения волновых дисковых двигателей. [18]
См. Также
- Гидравлический цилиндр
- Насос пульсометра
Примечания
- ^ Важная подгруппа флюидинов перекачивает жидкость в контуре с непрерывным контуром как средство теплопередачи .
Ссылки
- ^ a b c d Вимперис, Гарри Эгертон (1915). «Газовый двигатель». Двигатель внутреннего сгорания (2-е изд.). Нью-Йорк: Компания Д. Ван Ностранд . С. 113–117.
- ^ a b c d Маклафлан, Джеймс Айви (1931). «Насос Хамфри и установка двух шестидесяти шести дюймовых агрегатов в Кобдогла, река Мюррей» (PDF) . Пер. Inst. Инженеры Австралии . XII : 413–426.
- ^ Хамфри, Герберт А. (19 ноября 1909). «Насос внутреннего сгорания и другие приложения нового принципала». Proc. Inst. Мех. Англ. 77 : 1075–1200. Doi : 10.1243 / PIME_PROC_1909_077_019_02 .
- ^ "Насос Хамфри на выставке в Брюсселе" . Инженерное дело . 22 июля 1910. Архивировано из оригинала 12 октября 2018 года . Проверено 12 апреля 2021 года .
- ^ a b c d e Кеннеди, Рэнкин (1905). Современные двигатели и генераторы . В . Лондон: Издательская компания Caxton.
- ^ a b c Мак, Дэвид (2003). Ирригационное поселение: некоторые исторические аспекты в Южной Австралии на реке Мюррей 1838–1978 гг . Кобдогла, Южная Австралия 5346: Музей ирригации и пара Кобдогла. п. 252.CS1 maint: location ( ссылка )
- ^ "Новое водохранилище в Чингфорде, № I". Инженер . 14 марта 1913 г.
- ^ "Новое водохранилище в Чингфорде, № II". Инженер . 21 марта 1913 г.
- ^ "Новое водохранилище в Чингфорде, № III". Инженер . 28 марта 1913 г.
- ^ "Взрывной насос прямого действия Хамфри для ирригационной службы в Дель-Рио, штат Техас" . Технические новости . 72 (16). 15 октября 1914 года Архивировано из оригинала 14 октября 2016 года . Проверено 12 апреля 2021 года .
- ^ a b «Самая большая насосная станция в мире: большая насосная станция двигателя Хамфри для осушения земель в Египте» . Технические новости . 72 (2). 9 июля 1914. Архивировано из оригинала 15 октября 2016 года . Проверено 12 апреля 2021 года .
- ^ Техника внутреннего сгорания . 24 июня 1914 г. Отсутствует или пусто
|title=
( справка ) - ^ Южная Австралия Вода (1913). Cobdogla Humphrey Pumps (фотография). Flickr .
- ^ "Большие работы в Кобдогла: Подготовка к установке гигантского насоса Хамфри" . Мюррей Пионер и Австралийский Рекорд Ривер . Renmark, SA : Национальная библиотека Австралии . 21 декабря 1923 г. с. 5 . Проверено 12 апреля 2021 года .
- ^ a b Уэллс, Дон (сентябрь 2012 г.). "Модель насоса Хамфри" . Архивировано из оригинала 23 марта 2018 года . Проверено 12 апреля 2021 года .
- ^ "Насос Хамфри" . Энергия 21 . Архивировано из оригинала 12 января 2020 года . Проверено 12 апреля 2021 года .
- ^ AU 607796 , Abulnaga, Бах, «Двигатель внутреннего сгорания с изображением использования осциллирующего столба жидкости и гидравлической турбины для преобразования энергии топлива.», Опубликованный 14 марта 1991
- ^ Sun, G .; Акбари, Пежман; Gower, B .; Мюллер, Норберт (6 сентября 2012 г.). «Термодинамика волнового диска» . 48-я Совместная конференция и выставка по двигательным установкам AIAA / ASME / SAE / ASEE, 30 июля 2012 г. - 1 августа 2012 г., Атланта, Джорджия . DOI : 10.2514 / 6.2012-3704 . Проверено 12 апреля 2021 года .
Внешние ссылки
- Музей ирригации и пара Кобдогла, Южная Австралия
- Вода Южной Австралии . Насосы Cobdogla Humphrey . Flickr . Проверено 12 апреля 2021 года .
Дальнейшее чтение
- PDDunn, NGJoyce, DJFulford, "The Humphrey Pump", Отчет для Министерства зарубежного развития, Департамент инженерии и кибернетики, Университет Рединга. Январь 1977 г.
- Смит, Денис (1970). «Насос Хамфри и его изобретатель» . Труды Общества Ньюкоменов . Тейлор и Фрэнсис. 43 (1): 67–92. DOI : 10.1179 / tns.1970.006 . Проверено 12 апреля 2021 года .
- Венера, Ричард (январь 2016 г.). «Краткая история HA Humphrey & The Humphrey Pumps» (PDF) . Инженерное наследие Австралии . 2 (1): 18–21 . Проверено 12 апреля 2021 года .