Морской паровой двигатель

Периодическая временная диаграмма установки парового двигателя тройного расширения, около 1918 года. Эта конкретная диаграмма иллюстрирует возможные места отключения двигателя после катастрофы в Лузитании и других событий, которые дали понять, что это была важная функция безопасности.

Морские паровой двигатель является паровым двигателем , который используется для питания корабля или лодки . В данной статье рассматриваются в основном морские паровые двигатели поршневого типа, которые использовались с момента создания парохода в начале 19 века до последних лет крупномасштабного производства во время Второй мировой войны . Поршневые паровые двигатели постепенно заменялись в морских приложениях в течение 20-го века паровыми турбинами и судовыми дизельными двигателями .

История [ править ]

Первый коммерчески успешный паровой двигатель был разработан Томасом Ньюкоменом в 1712 году. Усовершенствования парового двигателя, внесенные Джеймсом Ваттом во второй половине 18 века, значительно повысили эффективность парового двигателя и позволили создать более компактные механизмы двигателя. Успешная адаптация парового двигателя к морским применениям в Англии должна была подождать почти столетие после Ньюкомена, когда шотландский инженер Уильям Симингтон построил в 1802 году «первый в мире практичный пароход » Charlotte Dundas ^[1]. Соперничая изобретателей Джеймса Рамси. и Джон Фитчбыли первыми, кто построил пароходы в США. Рамси выставил свой дизайн парохода в 1787 году на реке Потомак; однако Fitch выиграло соревнование в 1790 году после того, как его успешное испытание привело к созданию пассажирских перевозок на реке Делавэр. ^[2] В 1807 году американец Роберт Фултон построил первый в мире коммерчески успешный пароход, известный просто как North River Steamboat , с двигателем Ватта.

После успеха Фултона технология пароходов быстро развивалась по обе стороны Атлантики . Первоначально пароходы имели малый радиус действия и не были особенно мореходными из-за своего веса, малой мощности и склонности к поломке, но они успешно использовались вдоль рек и каналов и для коротких путешествий вдоль побережья. Первый успешный трансатлантический переход на пароходе произошел в 1819 году, когда Саванна отплыла из Саванны, штат Джорджия, в Ливерпуль, Англия . Первым пароходом, совершавшим регулярные трансатлантические переходы, был в 1838 году колесный пароход « Грейт Вестерн» ^[3].

В 19 веке морские паровые двигатели и пароходная техника развивались параллельно друг другу. Лопаточная силовая установка постепенно уступила место гребному винту , и введение железных, а затем и стальных корпусов вместо традиционного деревянного корпуса позволило кораблям расти еще больше, что потребовало паровых электростанций, которые становились все более сложными и мощными. ^[4]

Типы морских паровых машин [ править ]

В течение 19 века было разработано большое количество поршневых судовых паровых двигателей. Два основных метода классификации таких двигателей - механизм соединения и технология цилиндров .

Большинство ранних судовых двигателей имели ту же технологию цилиндров (простое расширение, см. Ниже), но использовалось несколько различных методов подачи энергии на коленчатый вал (то есть соединительный механизм). Таким образом, ранние судовые двигатели классифицируются в основном по механизму их соединения. Некоторыми распространенными механизмами соединения были боковые рычаги, шпильки, балансирные балки и механизмы прямого действия (см. Следующие разделы).

Однако паровые двигатели также можно классифицировать по цилиндровым технологиям (простые расширительные, составные, кольцевые и т. Д.). Таким образом, можно найти примеры двигателей, классифицируемых обоими методами. Двигатель может быть составным типом шагающей балки, составной - технологией цилиндра, а шагающей балкой - способом соединения. Со временем, когда большинство двигателей стало прямого действия, но технологии цилиндров стали более сложными, люди начали классифицировать двигатели исключительно в соответствии с технологией цилиндров.

Наиболее часто встречающиеся типы морских паровых двигателей перечислены в следующих разделах. Обратите внимание, что не все эти условия относятся исключительно к морским приложениям.

Классификация двигателей по механизму подключения [ править ]

Боковой рычаг [ править ]

Боковой рычаг двигателя был первым типом паровой машины, широко принятой для морского использования в Европе . ^{[5] [6]} В первые годы паровой навигации (с 1815 г.) боковой рычаг был наиболее распространенным типом морского двигателя для внутреннего водного и прибрежного плавания в Европе, и в течение многих лет он оставался предпочтительным двигателем для мореплавания. сервис по обе стороны Атлантики . ^[7]

Боковой рычаг был адаптацией самой ранней формы парового двигателя, балочного двигателя.. Типичный двигатель с боковыми рычагами имел пару тяжелых горизонтальных железных балок, известных как боковые рычаги, которые соединялись в центре с нижней частью двигателя с помощью штифта. Это соединение позволило ограничить дугу поворота рычагов. Эти рычаги простирались со стороны цилиндра до каждой стороны нижней части вертикального цилиндра двигателя. Шток поршня, вертикально соединенный с поршнем, выходил из верхней части цилиндра. Этот стержень прикреплен к горизонтальной траверсе, соединенной на каждом конце с вертикальными стержнями (известными как боковые стержни). Эти стержни соединены с рычагами на каждой стороне цилиндра. Это обеспечивало соединение рычагов с поршнем на стороне цилиндра двигателя. Другая сторона рычагов (противоположный конец шарнира рычага к цилиндру) соединялась между собой горизонтальной поперечиной.Эта перекрестная стойка, в свою очередь, соединялась и управляла однимшатун , в котором проворачивался коленвал . Вращение коленчатого вала приводилось в движение рычагами, которые со стороны цилиндра приводились в движение вертикальными колебаниями поршня. ^[8]

Основным недостатком двигателя с боковым рычагом было то, что он был большим и тяжелым. ^[6] Для внутреннего водного транспорта и прибрежных перевозок его вскоре заменили более легкие и эффективные конструкции. Однако на протяжении большей части первой половины XIX века он оставался доминирующим типом двигателей для морских перевозок из-за относительно низкого центра тяжести , что придавало кораблям большую устойчивость в сильном море. ^[7] Это был также распространенный ранний тип двигателя для военных кораблей, ^[9] поскольку его относительно небольшая высота делала его менее уязвимым к боевым повреждениям. С момента первого парохода Королевского флота в 1820 г. до 1840 г. на вооружение поступило 70 пароходов, большинство из которых с двигателями с боковым рычагом, с котлами, настроенными на максимальное давление 4 фунта на квадратный дюйм. ^[9] Низкое давление пара требовало больших размеров цилиндров для двигателей с боковым рычагом, хотя эффективное давление на поршень было разницей между давлением в котле и вакуумом в конденсаторе.

Двигатель с боковым рычагом представлял собой лопаточный двигатель и не подходил для вращения гребных винтов . Последним судном, построенным для трансатлантических перевозок с боковым двигателем, был гребной пароход RMS  Scotia компании Cunard Line, когда он поступил на вооружение в 1862 году, он считался анахронизмом ^[10].

• Боковой двигатель SS  Pacific  (1849 г.)

• Боковой двигатель RMS Persia (1855 г.)

• Модель парохода 1836 г. на реке Темза « Рубин» с двумя боковыми рычагами.

• Ранний двигатель Napier с боковым рычагом от PS Leven на выставке в Думбартоне , Шотландия

Кузнечик [ править ]

Кузнечик или «половинной рычаг» ^[11] двигатель был вариант бокового рычага двигателя. Двигатель кузнечика отличается от обычного бокового рычага тем, что шарнир рычага и шатун более или менее поменяны местами, при этом шарнир расположен на одном конце рычага, а не в центре, а шатун прикреплен к рычаг между цилиндром на одном конце и шарниром на другом. ^[12]

Основными преимуществами двигателя «кузнечик» были дешевизна конструкции и надежность, причем этот тип, как утверждается, требовал меньшего обслуживания, чем любой другой тип судового парового двигателя. Еще одно преимущество состоит в том, что двигатель можно легко запустить из любого положения кривошипа. Однако, как и обычный двигатель с боковым рычагом, двигатели типа «кузнечик» имели недостатки по своему весу и размеру. В основном они использовались в небольших плавсредствах, таких как речные лодки и буксиры . ^[12]

Крейцкопф (квадрат) [ править ]

Крейцкопфный двигатель, также известный как квадратный , пилоральный или А- образный двигатель, был типом лопастного двигателя, используемого в Соединенных Штатах. Это был самый распространенный тип двигателя в первые годы американского пароходства. ^[13]

Крейцкопфный двигатель описывается как имеющий вертикальный цилиндр над коленчатым валом, со штоком поршня, прикрепленным к горизонтальной траверсе, с каждого конца которой на противоположных сторонах цилиндра выходил шатун, который вращал свой собственный отдельный коленчатый вал. ^[14] Крейцкопф перемещался по вертикальным направляющим, так что сборка сохраняла правильный путь при движении. ^[15] Альтернативное название двигателя - «А-образная рама» - предположительно произошло от формы рам, на которых стояли эти направляющие. Некоторые двигатели с крейцкопфом имели более одного цилиндра, и в этом случае поршневые штоки обычно были соединены с одной и той же крейцкопф. Необычной особенностью ранних образцов двигателей этого типа была установка маховиков.- прикреплены к коленчатым валам - которые считались необходимыми для обеспечения бесперебойной работы. Эти шестерни часто работали с шумом.

Поскольку в этом типе двигателя цилиндр располагался над коленчатым валом, он имел высокий центр тяжести и поэтому считался непригодным для эксплуатации в море. ^[16] Это в основном ограничивалось судами, построенными для внутренних водных путей. ^[14] По мере того, как судовые двигатели становились все крупнее и тяжелее в течение XIX века, высокий центр тяжести двигателей с квадратной крейцкопфом становился все более непрактичным, и к 1840-м годам судостроители отказались от них в пользу двигателя с шагающей балкой. ^[17]

Название этого двигателя может вызвать недоумение, так как «крейцкопф» также является альтернативным названием для двигателя с шпилем (ниже). Поэтому многие источники предпочитают называть его неофициальным названием «квадратный двигатель», чтобы избежать путаницы. Кроме того, судовой крейцкопф или квадратный двигатель, описанный в этом разделе, не следует путать с термином « квадратный двигатель » применительно к двигателям внутреннего сгорания , который в последнем случае относится к двигателю, диаметр цилиндра которого равен его ходу .

• Модель крейцкопфа или "квадратного" двигателя, показывающая расположение цилиндра двигателя над коленчатым валом; также поршневой шток, крейцкопф, шатуны и крыльчатые колеса

• Схема типичного двигателя крейцкопфа парохода реки Гудзон (вид сбоку)

• Весельный пароход " Нью-Йорк" 1836 года . Между гребными колесами находится высокий квадратный двигатель или двигатель с А-образной рамой, внутри которого можно увидеть длинный шток поршня в верхней части его хода, образующий букву «Т» с горизонтальной траверсой.

Бревно [ править ]

Шагающая балка, также известная как «вертикальная балка», «верхняя балка» или просто «балка», была еще одной ранней адаптацией балочного двигателя, но ее использование было почти полностью ограничено Соединенными Штатами. ^[18]После своего появления шагающая балка быстро стала самым популярным типом двигателя в Америке для внутреннего водного транспорта и прибрежных перевозок, и этот тип показал замечательную долговечность, причем двигатели с шагающей балкой все еще время от времени производились даже в 1940-х годах. В морских приложениях сама балка обычно была усилена железными распорками, которые придавали ей характерную ромбовидную форму, хотя опоры, на которых опиралась балка, часто были деревянными. Прилагательное «ходьба» было применено, потому что луч, который поднимался высоко над палубой корабля, можно было увидеть работающим, а его раскачивающее движение (несколько причудливо) сравнивалось с ходьбой.

Двигатели с шагающей балкой были разновидностью лопастных двигателей и редко использовались для привода гребных винтов. Они использовались в основном для кораблей и лодок, работающих в реках, озерах и вдоль береговой линии, но были менее популярны для морских судов, поскольку большая высота двигателя делала судно менее устойчивым в сильном море. ^[19] Они также имели ограниченное применение в военном отношении, потому что двигатель подвергался обстрелу противника и, таким образом, мог быть легко выведен из строя. Их популярность в Соединенных Штатах была связана прежде всего с тем , что двигателем шагающих хорошо подходят для мелководных проектов судов , которые действовали в мелководном прибрежной Америке и внутренних водных путях. ^[18]

Двигатели с шагающей балкой оставались популярными на американских судоходных линиях и экскурсионных предприятиях вплоть до начала 20 века. Хотя двигатель с шагающей балкой был технически устаревшим в конце 19 века, он оставался популярным среди пассажиров экскурсионных пароходов, которые ожидали увидеть «шагающую балку» в движении. Существовали также технические причины для сохранения двигателя шагающей балки в Америке, так как его было легче построить, и требовалось меньше точности в его конструкции. Древесина могла быть использована для основной рамы двигателя с гораздо меньшими затратами, чем обычная практика использования чугунного литья для более современных конструкций двигателей. Топливо в Америке также было намного дешевле, чем в Европе, поэтому более низкая эффективность двигателя с шагающей балкой не принималась во внимание. В Филадельфии кораблестроитель Чарльз Х. судорогаобвинил в общей неконкурентоспособности Америки с британской судостроительной промышленностью в середине-конце 19 века консерватизм американских судостроителей и владельцев судоходных линий, которые упорно цеплялись за устаревшие технологии, такие как балансир и связанное с ним гребное колесо, еще долгое время после того, как у них появились были заброшены в других частях мира. ^[20]

• Принципиальная схема двигателя шагающей балки

• USS  Delaware  (1861 г.) . Ромбовидная "шагающая балка" судна хорошо видна на миделе.

Стипл [ править ]

Шаговый двигатель, иногда называемый двигателем с «крейцкопфом», был первой попыткой отойти от концепции балки, общей как для шагающей балки, так и для типов с боковым рычагом, и предложить меньшую, более легкую и более эффективную конструкцию. В шаговом двигателе вертикальные колебания поршня не преобразуются в горизонтальное колебательное движение, как в балочном двигателе, а вместо этого используются для перемещения узла, состоящего из крейцкопфа и двух стержней, через вертикальную направляющую в верхней части. двигатель, который в свою очередь вращает нижний шатун коленчатого вала. ^[21] В ранних примерах этого типа сборка крейцкопфа имела прямоугольную форму, но со временем она превратилась в удлиненный треугольник. Треугольный узел над цилиндром двигателя придает двигателю характерную "ступенчатую" форму. отсюда и название.

Ступенчатые двигатели были высокими, как двигатели с шагающими балками, но гораздо более узкими по бокам, что позволяло экономить место и вес. Из-за своей высоты и высокого центра тяжести они, как прогулочные балки, считались менее подходящими для использования в океанах, но они оставались очень популярными в течение нескольких десятилетий, особенно в Европе, для судов внутреннего плавания и прибрежных судов. ^[22]

Стипл-двигатели начали появляться на пароходах в 1830-х годах, а в начале 1840-х годов их усовершенствовал шотландский кораблестроитель Дэвид Нэпьер . ^[23] Колокольный двигатель постепенно вытеснялся различными типами двигателей прямого действия.

Сиамский [ править ]

Сиамский двигатель, также называемый «двухцилиндровым» или «двухцилиндровым», был еще одной ранней альтернативой двигателю с балкой или боковым рычагом. Этот тип двигателя имел два идентичных вертикальных цилиндра двигателя, расположенных рядом, поршневые штоки которых были прикреплены к общей Т-образной траверсе. Вертикальный рычаг крейцкопфа проходил вниз между двумя цилиндрами и был прикреплен снизу как к шатуну коленчатого вала, так и к направляющему блоку, который скользил между вертикальными сторонами цилиндров, позволяя узлу сохранять правильный путь при движении. . ^[24]

Сиамский двигатель был изобретен британским инженером Джозефом Модсли (сыном Генри ), но, хотя он изобрел его после своего качающегося двигателя (см. Ниже), он не получил такого же широкого распространения, поскольку был лишь немного меньше и легче, чем сторона. -рычажные двигатели он предназначен для замены. ^[25] Однако он использовался на ряде военных кораблей середины века, в том числе на первом военном корабле, оснащенном винтом, HMS  Rattler .

• Принципиальная схема сиамского двигателя

• Схема кольцевого двигателя (см. Ниже) с сиамским соединительным механизмом

• Сиамский паровозик HMS Retribution (1844 г.)

Прямое действие [ править ]

В литературе XIX века встречаются два определения двигателя прямого действия. В более раннем определении термин «прямого действия» применяется к любому типу двигателя, кроме двигателя с балкой (т. Е. С шагающей балкой, боковым рычагом или кузнечиком). В более позднем определении используется термин только для двигателей, которые подают мощность непосредственно на коленчатый вал через шток поршня и / или шатун. ^[26] Если не указано иное, в этой статье используется более позднее определение.

В отличие от двигателя с боковым рычагом или балки, двигатель прямого действия можно было легко приспособить для привода гребных колес или гребного винта. Помимо более низкого профиля, двигатели прямого действия имели то преимущество, что они были меньше по размеру и весили значительно меньше, чем двигатели с балкой или боковыми рычагами. ВМС обнаружили , что в среднем прямого действия двигатель (раннее определение) весил 40% меньше и требуется машинное отделение только две трети размера , что для бокового рычага эквивалентной мощности. Одним из недостатков таких двигателей является то, что они более подвержены износу и, следовательно, требуют большего обслуживания. ^[25]

Колеблющийся [ править ]

Колебательный двигатель был типом двигателя прямого действия, который был разработан для дальнейшего уменьшения размера и веса двигателя. Коленчатые двигатели имели поршневые штоки, соединенные непосредственно с коленчатым валом, без необходимости в шатунах. Для этого цилиндры двигателя не были неподвижными, как в большинстве двигателей, а закреплялись в середине цапфами, которые позволяли самим цилиндрам поворачиваться вперед и назад при вращении коленчатого вала - отсюда и термин « колебание» . ^[27]Подача и отвод пара осуществлялся через цапфы. Колебательное движение цилиндра обычно использовалось для выравнивания отверстий в цапфах, чтобы направлять подачу и выпуск пара в цилиндр в нужное время. Однако часто предусматривались отдельные клапаны, управляемые колебательным движением. Это позволяло изменять синхронизацию для обеспечения расширенной работы (как в двигателе весельного корабля PD Krippen ). Это обеспечивает простоту, но при этом сохраняет преимущества компактности.

Первый запатентованный колебательный двигатель был построен Джозефом Модсли в 1827 году, но считается, что этот тип был усовершенствован Джоном Пенном . Качающиеся двигатели оставались популярным типом судовых двигателей на протяжении большей части 19 века. ^[27]

• Модель колебательного двигателя Модслея

• Колесные колёсные двигатели HMS Black Eagle . Качающиеся двигатели могли использоваться для привода гребных колес или гребных винтов.

• Качающийся двигатель, построенный в 1853 году Дж. И А. Блит из Лондона для австрийского парохода Orsova.

Багажник [ править ]

Главный двигатель, другой тип двигателя прямого действия, был первоначально разработан как средство уменьшения высоты двигателя при сохранении большого хода . (Длинный ход считался важным в то время, потому что он уменьшал нагрузку на компоненты.)

Главный двигатель размещает шатун внутри полого поршневого штока большого диаметра. Этот «ствол» почти не несет нагрузки. Внутренняя часть ствола открыта для наружного воздуха и достаточно широка, чтобы выдерживать поперечное движение шатуна, который соединяет поршневой палец на головке поршня с внешним коленчатым валом.

Стенки ствола были либо прикручены к поршню, либо отлиты как одно целое с ним и перемещались вместе с ним взад и вперед. Рабочая часть цилиндра имеет форму кольца или кольца, причем ствол проходит через центр самого цилиндра. ^{[28] [29]}

Ранние образцы магистральных двигателей имели вертикальные цилиндры. Однако кораблестроители быстро поняли, что этот тип достаточно компактен, чтобы лежать горизонтально поперек киля . В этой конфигурации он был очень полезен флоту, поскольку имел достаточно низкий профиль, чтобы полностью помещаться под ватерлинией корабля , максимально защищенный от вражеского огня. Тип обычно производился для военной службы Джоном Пенном.

Магистральные двигатели были обычным явлением на военных кораблях середины 19 века. ^[29] Они также приводили в действие коммерческие суда, которые, хотя и ценились за свои компактные размеры и низкий центр тяжести, были дорогими в эксплуатации. Магистральные двигатели, однако, не работали с более высоким давлением в котлах, которое стало распространенным во второй половине XIX века, и строители отказались от них в пользу других решений. ^[29]

Магистральные двигатели обычно были большими, но для Крымской войны производилась небольшая серийная версия с высоким оборотом и высоким давлением. Будучи весьма эффективным, этот тип сохранился на более поздних канонерских лодках. ^[30] Оригинальный ствольный двигатель типа канонерской лодки существует в Музее Западной Австралии во Фримантле . После затопления в 1872 году он был поднят в 1985 году из SS  Xantho и теперь может быть передан вручную. ^[31] Режим работы двигателя, иллюстрирующий его компактный характер, можно увидеть на веб-сайте проекта Xantho . ^[32]

• Иллюстрация магистрального двигателя

• Вид в разрезе магистрального двигателя HMS  Bellerophon , показывающий (слева) цилиндр двигателя, кольцевой поршень и узел ствола, а также шатун внутри ствола.

• Глядя на ствол двигателя HMS  Warrior  (1860 г.) . Справа виден выходящий из ствола шатун.

Вибрационный рычаг [ править ]

Вибрирующий рычаг, или половину ствола двигателя, было развитие обычного ствола двигателя задуманной шведски - американский инженер Джон Эрикссон . Эрикссон нуждался в небольшом низкопрофильном двигателе, таком как двигатель ствола, для питания мониторов федерального правительства США - типа военного корабля, разработанного во время Гражданской войны в США, на котором было очень мало места для обычной силовой установки. ^[33] Сам ствольный двигатель, однако, не подходил для этой цели, потому что преобладание веса приходилось на ту сторону двигателя, которая содержала цилиндр и ствол - проблему, которую конструкторы не могли компенсировать на небольших боевых кораблях с мониторами.

Внешнее видео
Модель вибро-рычажного двигателя USS Monitor в действии

Эрикссон решил эту проблему, разместив два горизонтальных цилиндра вплотную друг к другу в середине двигателя, задействовав два «вибрирующих рычага», по одному с каждой стороны, которые с помощью валов и дополнительных рычагов вращали центрально расположенный коленчатый вал. ^[33] Вибрационные рычажные двигатели позже использовались на некоторых других военных кораблях и торговых судах, но их использование было ограничено судами, построенными в Соединенных Штатах и ​​в родной стране Эрикссон в Швеции, ^[34] и поскольку они имели мало преимуществ перед более традиционными двигателями. , вскоре были вытеснены другими типами.

Обратное действие [ править ]

Двигатель обратного действия, также известный как двигатель с возвратным шатуном , был еще одним двигателем, спроектированным с очень низким профилем. Двигатель обратного действия представлял собой модифицированный шаговый двигатель, расположенный горизонтально поперек киля корабля, а не вертикально над ним. ^{[34] Однако} вместо треугольной крейцкопфа в типичном коленчатом двигателе в двигателе обратного действия обычно использовался набор из двух или более удлиненных параллельных поршневых штоков, оканчивающихся на крейцкопфе для выполнения той же функции. Термин «обратный ход» или «возвратный шатун» происходит от того факта, что шатун «возвращается» или возвращается со стороны двигателя, противоположной цилиндру двигателя, для вращения расположенного в центре коленчатого вала. ^[35]

Двигатели обратного действия были еще одним типом двигателей, популярным как на военных кораблях, так и на коммерческих судах в середине 19 века, но, как и многие другие типы двигателей в эту эпоху быстро меняющихся технологий, в конечном итоге от них отказались в пользу других решений. Есть только один известный уцелевший двигатель обратного действия - двигатель TV Emery Rice (ранее USS  Ranger ), который теперь является центральным элементом экспозиции в Американском музее торгового флота . ^{[36] [37]}

• Схема двигателя обратного действия USS  Ranger

• Возвратный шатунный двигатель HMS Agincourt (1865 г.)

Вертикальный [ править ]

По мере того как в течение XIX века размер и тоннаж пароходов неуклонно рос, потребность в низкопрофильных двигателях с низким центром тяжести соответственно уменьшалась. Освободившись от этих конструктивных ограничений, инженеры смогли вернуться к более простым, более эффективным и более простым в обслуживании проектам. Результатом стало растущее преобладание так называемого «вертикального» двигателя ^[26] (точнее известного как вертикальный перевернутый двигатель прямого действия ).

В этом типе двигателя цилиндры расположены непосредственно над коленчатым валом, а узлы поршневой шток / шатун образуют более или менее прямую линию между ними. ^[26] Конфигурация аналогична конфигурации современного двигателя внутреннего сгорания (одно заметное отличие состоит в том, что паровой двигатель имеет двойное действие, см. Ниже, в то время как почти все двигатели внутреннего сгорания вырабатывают мощность только при движении вниз). Вертикальные двигатели иногда называют двигателями «молоток», «кузнечный молот» или «паровой молот» из-за того, что они примерно похожи на другую распространенную паровую технологию 19-го века - паровой молот . ^[38]

К концу XIX века вертикальные двигатели вытеснили почти все другие типы морских паровых двигателей. ^{[26] [38]} Поскольку они стали настолько распространенными, вертикальные двигатели обычно не упоминаются как таковые, а вместо этого упоминаются в зависимости от технологии их цилиндров, то есть как составные, с тройным расширением, четырехкратным расширением и т. Д. «для этого типа двигателя неточно, поскольку технически любой тип паровой машины является« вертикальным », если цилиндр ориентирован вертикально. Двигатель, который кто-то описывает как «вертикальный», может не относиться к типу вертикального перевернутого прямого действия, если только они не используют термин «вертикальный» без оговорок.

• Схема простого "молоткового" двигателя

• Вертикальный двигатель тройного расширения USS  Wisconsin  (BB-9) . На этой фотографии хорошо видно типичное вертикальное расположение цилиндра, поршневого штока, шатуна и коленчатого вала в двигателе.

Классификация двигателей по цилиндровой технологии [ править ]

Простое расширение [ править ]

Двигатель простого расширения - это паровой двигатель, который расширяет пар только через одну ступень, то есть все его цилиндры работают при одинаковом давлении. Поскольку это был наиболее распространенный тип двигателя на раннем этапе развития судовых двигателей, термин «простое расширение» встречается редко. Предполагается, что двигатель является двигателем простого расширения, если не указано иное.

Соединение [ править ]

Соединение двигатель является паровым двигателем , который работает цилиндры через более чем одну стадии, при различных уровнях давления. Составные двигатели были методом повышения эффективности. До разработки сложных двигателей паровые двигатели использовали пар только один раз, прежде чем возвращать его обратно в котел. Составной двигатель сначала рециркулирует пар в один или несколько больших вторых цилиндров с более низким давлением, чтобы использовать больше его тепловой энергии. Составные двигатели могут быть настроены либо на увеличение экономичности корабля, либо на его скорость. Вообще говоря, составной двигатель может относиться к паровому двигателю с любым количеством цилиндров с разным давлением, однако этот термин обычно относится к двигателям, которые расширяют пар только через две ступени, т. Е. Те, которые работают в цилиндрах только при двух различных давлениях (или "двойное расширение"двигатели).^[39]

Обратите внимание, что составной двигатель (включая двигатели многократного расширения, см. Ниже) может иметь более одного набора цилиндров переменного давления. Например, двигатель может иметь два цилиндра, работающих при давлении x, и два, работающих при давлении y, или один цилиндр, работающий при давлении x, и три, работающих при давлении y. Что делает его составным (или двойным расширением) в отличие от множественного расширения, так это то, что существует только два давления , x и y. ^[40]

Первое соединение двигатель полагает, были установлен на судне было установлено , что к Генри Экфорд американского инженером Джеймс П. Allaire в 1824. Тем не менее, многие источники приписывают «изобретение» морское соединение двигателя Глазго «s Джона Элдера в 1850-е гг. Старейшина усовершенствовал составной двигатель, который впервые сделал его безопасным и экономичным для морских путешествий. ^{[41] [42]}

Тройное или многократное расширение [ править ]

Двигатель тройного расширения представляет собой соединение , двигатель , который расширяет пар в три этапа, например , двигатель с тремя цилиндрами при трех различных давлениях. Двигатель четырехкратного расширения расширяет пар в четыре этапа и так далее. ^[40] Однако, как объяснялось выше, количество ступеней расширения определяет двигатель, а не количество цилиндров, например, RMS Titanic имел четырехцилиндровые двигатели тройного расширения. ^[43] Первое успешное коммерческое использование было построено в двигателе Govan в Шотландии от Alexander C. Kirk для SS Абердина в 1881. ^[44]

Производство двигателей с многократным расширением продолжалось и в 20 веке. Все 2700 кораблей Liberty, построенных Соединенными Штатами во время Второй мировой войны, были оснащены двигателями тройного расширения, поскольку возможности США по производству морских паровых турбин были полностью направлены на строительство военных кораблей. Самым крупным производителем двигателей тройного расширения во время войны была компания Joshua Hendy Iron Works . Ближе к концу войны производство турбинных кораблей «Победа» увеличивалось. ^[45]

• Джошуа Хенди двигатель тройного расширения

• Двигатель тройного расширения на Лидии Еве (паровой дрифтер)

• Двигатель тройного расширения на океанском буксире Hercules 1907 года

• 140-тонный - также описываемый как 135-тонный - вертикальный двигатель тройного расширения того типа, который использовался для питания кораблей Liberty времен Второй мировой войны , собранный для испытаний перед доставкой. Двигатель имеет длину 21 фут (6,4 метра) и высоту 19 футов (5,8 метра) и был разработан для работы со скоростью 76 об / мин и движения корабля Liberty со скоростью около 11 узлов (12,7 миль / ч; 20,4 км / ч).

Кольцевой [ править ]

Кольцевой двигатель - это необычный тип двигателя, который имеет кольцевой (кольцевой) цилиндр. ^[46] Некоторые из первых составных двигателей американского инженера Джеймса П. Аллера были кольцевого типа, с меньшим цилиндром высокого давления, размещенным в центре большего кольцевого цилиндра низкого давления. ^[47] Магистральные двигатели были другим типом кольцевых двигателей. В третьем типе кольцевого морского двигателя использовался соединительный механизм сиамского двигателя, но вместо двух отдельных цилиндров он имел один цилиндр кольцевой формы, обернутый вокруг вертикального рычага крейцкопфа (см. Диаграмму под надписью «Сиамский» выше). ^[48]

Другие условия [ править ]

Некоторые другие термины встречаются в литературе по судовым двигателям того периода. Эти термины, перечисленные ниже, обычно используются вместе с одним или несколькими основными терминами классификации двигателей, перечисленными выше.

Простой [ править ]

Простой двигатель - это двигатель, который работает с однократным расширением пара, независимо от количества цилиндров, установленных на двигателе. Примерно до середины 19 века на большинстве кораблей были двигатели только с одним цилиндром, хотя на некоторых судах были многоцилиндровые простые двигатели и / или более одного двигателя.

Двойное действие [ править ]

Двигатель двойного действия - это двигатель, в котором пар подается на обе стороны поршня. Раньше паровые двигатели применяли пар только в одном направлении, позволяя импульсу или силе тяжести вернуть поршень в исходное положение, но двигатель двойного действия использует пар, чтобы заставить поршень двигаться в обоих направлениях, тем самым увеличивая скорость вращения и мощность. ^[49] Подобно термину «простой двигатель», термин «двойного действия» менее часто встречается в литературе, поскольку почти все судовые двигатели были двухстороннего типа.

Вертикальный, горизонтальный, наклонный, перевернутый [ править ]

Эти термины относятся к ориентации цилиндра двигателя. Вертикальный цилиндр стоит вертикально, а его поршневой шток работает над (или под) ним. Вертикальный перевернутый двигатель определяется как вертикальное расположение цилиндров с коленчатым валом, установленным непосредственно под цилиндром (-ами). У наклонного или горизонтального типа цилиндр и поршень расположены под наклоном или горизонтально. Наклонный перевернутый цилиндр - это перевернутый цилиндр, работающий под наклоном. Все эти термины обычно используются в связи с указанными выше типами двигателей. Таким образом, может быть горизонтальный двигатель прямого действия или наклонный составной двигатель двустороннего действия и т. Д.

Наклонные и горизонтальные цилиндры могли быть очень полезны на военно-морских судах, поскольку их ориентация сохраняла профиль двигателя как можно более низким и, следовательно, менее подверженным повреждениям. ^[50] Их также можно было использовать на низкопрофильном корабле или для удержания центра тяжести корабля ниже. Кроме того, наклонные или горизонтальные цилиндры обладали преимуществом уменьшения количества вибрации по сравнению с вертикальным цилиндром.

Направлено [ править ]

Редукторный двигатель или «винтовой редуктор» вращает винт с другой скоростью, чем двигатель. Ранние морские гребные двигатели были настроены вверх, то есть гребной винт был настроен на работу с более высокой скоростью вращения, чем сам двигатель. ^{[51] [52]} По мере того, как во второй половине 19 века двигатели становились быстрее и мощнее, почти повсеместно отказались от зубчатых передач, и пропеллер работал с той же скоростью вращения, что и двигатель. Такое устройство с прямым приводом является наиболее эффективным с механической точки зрения, а поршневые паровые двигатели хорошо подходят для скорости вращения, наиболее эффективной для винтовых пропеллеров.

См. Также [ править ]

• Испаритель (судовой) - аппарат для получения питательной воды котла из морской воды.
• Предохранительный клапан
• Паровая лодка
• Паровой двигатель

Сноски [ править ]

Ссылки [ править ]

• Американское общество инженеров-механиков (1978): Joshua Hendy Iron Works - информационная брошюра.
• Буэлл, Огастес К. (1906): Мемуары Чарльза Х. Крампа , JB Lippincott Co., Филадельфия и Лондон, стр. 92–93.
• Чаттертон, Э. Кебл (1910): Пароходы и их история , стр. 132, Cassell and Company Ltd.
• Кристли, Джеймс Дж. И Джуренс, У. Дж. (1991). «Вопрос 32/90: Двигатель Эрикссон с вибрационным рычагом». Военный корабль Интернэшнл . Международная организация военно-морских исследований. XXVIII (4): 403–404. ISSN  0043-0374 .
• Дамплтон, Бернард (2002): История парохода , Интеллект Книги (Великобритания), ISBN 978-1-84150-801-6 . 
• Эверс, Генри (1873): Пар и паровой двигатель: Земля, Морской пехотинец и Локомотив , Уильям Коллинз, Sons & Co., Лондон и Глазго.
• Фокс, Стивен (2003): Transatlantic: Samuel Cunard, Isambard Brunel и Great Atlantic Steamships , HarperCollins, ISBN 978-0-06-019595-3 . 
• Фрай, Генри (1896): История паровой навигации в Северной Атлантике: с некоторым учетом первых судов и судовладельцев , Sampson Low, Marston & Co., Лондон.
• Харви, Стивен (2007): Все началось с парохода: американская сага , Authorhouse, стр. 55, ISBN 978-1-4259-6719-2 
• Хилтон, Джордж У. (2002): Пассажирские пароходы на озере Мичиган , Stanford University Press, стр. 59, ISBN 978-0-8047-4240-5 . 
• Клудас, Арнольд (2000?): Рекордсмены Северной Атлантики: Blue Riband Liners 1838–1952 , Brassey's, Inc., Вашингтон, округ Колумбия, ISBN 1-57488-328-3 . 
• Лакстон, Фредерик Уильям (1855): Журнал инженера-строителя и архитектора, включенный в The Architect , Volume XVIII, John Knott, London.
• МакЛехоз, Джеймс (1906 г.): Мемуары и портреты ста мужчин из Глазго, которые умерли в течение последних тридцати лет и в своей жизни многое сделали для того, чтобы город стал таким, какой он есть сейчас , Джеймс МакЛехоз и сыновья, Глазго, стр. 118, воспроизведенный в Цифровой библиотеке Глазго.
• Магиннис, Артур Дж. (1900): Атлантический паром: его корабли, люди и работа , Уиттакер и Ко, Лондон и Нью-Йорк.
• Мюррей, Роберт (1858 г.): « Элементарный трактат о морских двигателях и паровых судах: вместе с практическими замечаниями о винте и движущей силе, используемом в Королевском и торговом флоте» , опубликованном Дж. Уилом.
• Ситон, Альберт Эдвард (1885): Руководство по морской инженерии - включая проектирование, строительство и работу морского оборудования , 4-е издание, Charles Griffin & Co., Лондон.
• Сеннет, Ричард и Орам, сэр Генри Дж. (1918): Морской паровой двигатель: трактат для студентов инженерных специальностей, молодых инженеров и офицеров Королевского флота и торгового флота , Longmans, Green & Co., Лондон, Нью-Йорк, Бомбей и Калькутта.
• Сазерленд, Джон Лестер (2004): Пароходы Глостера и Северного берега , The History Press, ISBN 978-1-59629-000-6 , стр 31-32 . 
• Терстон, Роберт Генри (1883): История роста парового двигателя , перепечатанная в 2001 году Adamant Media Corporation, ISBN 978-1-4021-6205-3 . 
• Уорд, JH: (1864): Популярный трактат о Steam и его применение к полезным искусствам, особенно к навигации , Д. Ван Ностранд, Нью-Йорк, с. 60.

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме морских паровых двигателей .

• Видео модели вибро-рычажного двигателя USS Monitor на YouTube
• Видео о наклонном перевернутом колебательном двигателе на YouTube
• Традиция Sidewheel Steamboat Walking Beam Engine на YouTube