Прямоточный тип парового двигателя использует пар , который течет в одном направлении только в каждой половине цилиндра. Тепловой КПД увеличивается за счет температурного градиента вдоль цилиндра. Пар всегда входит в горячие концы цилиндра и выходит через отверстия в более холодном центре. Таким образом уменьшается относительный нагрев и охлаждение стенок цилиндра.
Детали дизайна [ править ]
.jpg/440px-Thinktank_Birmingham_-_object_1956S00658(1).jpg)
.jpg){kind=link}
Подача пара обычно контролируется тарельчатыми клапанами (которые действуют аналогично тем, которые используются в двигателях внутреннего сгорания ), которые приводятся в действие распределительным валом.. Впускные клапаны открываются для впуска пара, когда в начале хода достигается минимальный объем расширения. В течение периода цикла кривошипа впускается пар, а затем вход тарельчатого клапана закрывается, позволяя продолжать расширение пара во время хода, приводя в движение поршень. Ближе к концу хода поршень откроет кольцо выпускных отверстий, установленных радиально вокруг центра цилиндра. Эти порты соединены коллектором и трубопроводом с конденсатором, что снижает давление в камере ниже атмосферного, вызывая быстрое истощение. Продолжительное вращение кривошипа приводит в движение поршень. Из анимации можно увидеть особенности однопоточного двигателя: большой поршень почти на половину длины цилиндра, тарельчатые впускные клапаны на обоих концах,
Преимущества [ править ]
Однопоточные двигатели потенциально допускают большее расширение в одном цилиндре без относительно холодного выхлопного пара, протекающего через горячий конец рабочего цилиндра и паровые порты обычного «противоточного» парового двигателя.во время такта выпуска. Это условие обеспечивает более высокий тепловой КПД. Выхлопные отверстия открыты только на небольшую часть хода поршня, при этом выпускные отверстия закрываются сразу после того, как поршень начинает движение к входному концу цилиндра. Пар, остающийся в цилиндре после закрытия выпускных отверстий, улавливается, и этот захваченный пар сжимается возвращающимся поршнем. Это желательно с точки зрения термодинамики, поскольку при этом нагревается горячий конец цилиндра перед впуском пара. Однако риск чрезмерного сжатия часто приводит к тому, что на головках цилиндров находятся небольшие вспомогательные выпускные отверстия. Такая конструкция называется полупотоковым двигателем .
Двигатели этого типа обычно имеют несколько цилиндров, расположенных в ряд и могут быть одностороннего или двустороннего действия. Особым преимуществом этого типа является то, что клапаны могут работать под действием нескольких распределительных валов, и, изменяя относительную фазу этих распределительных валов, количество впускаемого пара может быть увеличено для высокого крутящего момента на низкой скорости и может быть уменьшено при крейсерская скорость для экономии эксплуатации. В качестве альтернативы конструкции, использующие более сложную поверхность кулачка, позволяли изменять синхронизацию за счет смещения всего распределительного вала в продольном направлении по сравнению с его ведомым элементом, что позволяло изменять время впуска. (Распределительный вал можно переключать с помощью механических или гидравлических устройств.) И, изменяя абсолютную фазу, можно изменить направление вращения двигателя.
Недостатки [ править ]
На практике прямоточный двигатель имеет ряд эксплуатационных недостатков. Большая степень расширения требует большого объема цилиндра. Чтобы получить максимальную потенциальную работу от двигателя, требуется высокая частота возвратно-поступательного движения, обычно на 80% быстрее, чем двигатель двустороннего действия противоточного типа. Это приводит к очень короткому времени открытия впускных клапанов, что создает большую нагрузку на хрупкую механическую часть. Чтобы выдерживать огромные механические силы, двигатели должны быть прочными, и требуется большой маховик для сглаживания колебаний крутящего момента, когда давление пара в цилиндре быстро растет и падает. Поскольку в цилиндре существует температурный градиент, металл стенки расширяется в разной степени. Для этого требуется, чтобы отверстие цилиндра в холодном центре было шире, чем в горячих концах.
История [ править ]
Однопоточный двигатель был впервые использован в Великобритании в 1827 году Джейкобом Перкинсом и был запатентован в 1885 году Леонардом Дженнеттом Тоддом . Он был популяризирован немецким инженером Иоганном Штумпфом в 1909 году, когда годом ранее в 1908 году был выпущен первый коммерческий стационарный двигатель.
Паровозы [ править ]
Принцип однопоточного в основном использовался для производства электроэнергии в промышленности, но также был опробован на нескольких железнодорожных локомотивах в Англии, таких как прямоточные локомотивы Северо-Восточной железной дороги № 825 1913 г. и № 2212 1919 г. [1] и железнодорожный вокзал Мидленда. локомотив . Эксперименты также проводились во Франции, [2] Германии, США и России. [1] Ни в коем случае результаты не были достаточно обнадеживающими для дальнейшего развития.
Паровозы [ править ]
Первое крупномасштабное использование двигателя Uniflow было в паровых вагонах Аткинсона в 1918 году [3].
Скиннер Unaflow [ править ]
Окончательная коммерческая эволюция однопоточного двигателя произошла в Соединенных Штатах в конце 1930-х и 1940-х годах компанией Skinner Engine Company с разработкой морского парового двигателя Compound Unaflow. [1] Этот двигатель работает в конфигурации ступенчатого соединения и обеспечивает эффективность, приближающуюся к современным дизелям. Так были оборудованы многие автомобильные паромы на Великих озерах , один из которых все еще работает, SS Badger 1952 года. Эскорт-авианосец класса Casablanca , самый успешный авианосец.В истории дизайна использовались два 5-цилиндровых двигателя Skinner Unaflow, но это не были ступенчатые соединения. Несоставной Skinner Uniflow оставался в эксплуатации до 2013 года на цементовозе Great Lakes SS St.Marys Challenger , установленном после перезарядки судна в 1950 году.
При небольших размерах (менее 1000 л.с. (750 кВт)) поршневые паровые двигатели намного эффективнее паровых турбин. Солнечная электростанция White Cliffs использовала трехцилиндровый однопоточный двигатель с впускными клапанами типа « Баш » для выработки электрической мощности около 25 кВт.
Самодельные переделки двухтактных двигателей [ править ]
Конфигурация прямоточного парового двигателя одностороннего действия очень похожа на конфигурацию двухтактного двигателя внутреннего сгорания, и можно преобразовать двухтактный двигатель в прямоточный паровой двигатель, подавая в цилиндр пар через « запорный клапан », установленный в место свечи зажигания. [4]Когда поднимающийся поршень приближается к вершине своего хода, он открывает запорный клапан, чтобы пропустить импульс пара. Клапан закрывается автоматически, когда поршень опускается, и пар выходит через имеющееся отверстие в цилиндре. Инерция маховика затем переносит поршень обратно в верхнюю часть своего хода против сжатия, как это происходит в исходной форме двигателя. Как и в оригинале, преобразование не запускается автоматически и для запуска должно быть отключено от внешнего источника питания. Примером такого преобразования является мопед с паровым двигателем, который запускается педалированием. [5]
См. Также [ править ]
- Передовая паровая технология
Ссылки [ править ]
- ^ a b c Музей ретро-техники - паровозы без потока . Проверено 7 августа 2010. [ мертвая ссылка ]
- ^ " Haute Pression! Французские локомотивы высокого давления" . 2006-01-03 . Проверено 21 октября 2019 .
- ^ Коммерческий двигатель . 1918-08-15.
- ^ Bash Valve - описание
- ^ Мопед с паровым двигателем
Источники [ править ]
- Научитесь тепловым двигателям Э. де Вилля, опубликовано The English Universities Press Limited, Лондон, 1960, стр. 40–41.
Внешние ссылки [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме паровых двигателей Uniflow . |
- Музей ретро-технологий - паровые двигатели Uniflow [ мертвая ссылка ]
