Луч двигателя - Beam engine

А Ватт двигатель: показывает проникновение пара и воды

А луч двигателя это тип паровой двигатель где повернутый потолок луч используется для приложения силы из вертикального поршень к вертикали шатун. Эта конфигурация с двигателем, непосредственно приводящим в действие насос, была впервые использована Томас Ньюкомен около 1705 г. для удаления воды из шахт в Корнуолл. Эффективность двигателей была повышена инженерами, в том числе Джеймс Ватт, который добавил отдельную конденсатор; Джонатан Хорнблауэр и Артур Вульф, ВОЗ составили цилиндры; и Уильям Макнот, который разработал метод компаундирования существующего двигателя. Впервые балочные двигатели использовались для откачки воды из шахт или в каналы, но их можно было использовать для перекачивания воды в дополнение к потоку водяного колеса, приводящего в действие мельница.

Чугунная балка образца 1812 г. Boulton & Watt двигатель на Насосная станция Crofton - старейший в мире действующий экземпляр in situ
Сзади Музей де Крукиус возле Амстердам, старая насосная станция, использовавшаяся для осушения Харлеммермер. На нем показаны лучи насосного двигателя и 9-метровый перепад уровня воды от Spaarne река. Балочный двигатель - самый большой из когда-либо построенных, он использовался до 1933 года.
Остатки водяной балочной машины на Wanlockhead

В двигатель с вращающейся балкой это более поздняя конструкция балочного двигателя, в котором шатун приводит в движение маховик, с помощью заводить (или, исторически, с помощью солнечная и планетарная передача ). Эти лучевые двигатели могут использоваться для непосредственного питания линейный вал в мельница. Их также можно было использовать для питания пароходы.

История

Первые балочные двигатели были водяными и использовались для откачки воды из шахт. Сохранившийся образец можно увидеть на Свинцовой шахте Straitsteps в Wanlockhead в Шотландия.

Лучевые двигатели широко использовались для питания насосы на английском канал система, когда она была расширена с помощью замки в начале Индустриальная революция, а также для слива воды из шахты в тот же период, и как заводные двигатели.

Первый паровой лучевой двигатель был разработан Томас Ньюкомен. Строго говоря, это не было приводом от пара, поскольку пар, вводимый ниже поршня, конденсировался, создавая частичный вакуум, позволяющий атмосферному давлению толкать поршень вниз. Поэтому он был назван атмосферным двигателем. В Атмосферный двигатель Newcomen был принят на вооружение многих шахт в Корнуолл и в других местах, но он был относительно неэффективен и потреблял большое количество топлива. Доработан двигатель Джон Смитон но Джеймс Ватт решил основные недостатки двигателя Ньюкомена в его Паровой двигатель ватта путем добавления отдельного конденсатора, что позволяет цилиндру оставаться горячим. Технически это все еще был атмосферный двигатель, пока (согласно последующим патентам) он не закрыл верхнюю часть цилиндра, подавая пар, который также толкал поршень вниз. Это сделало его настоящим паровым двигателем и, возможно, подтверждает его как изобретателя парового двигателя. Он также запатентовал центробежный регулятор и параллельное движение. последняя позволяла заменять цепи вокруг головки дуги и, таким образом, позволяла использовать ее в качестве вращающегося двигателя.

Его патенты оставались в силе до начала 19 века, и некоторые говорят, что это сдерживало развитие. Однако в действительности разработка велась другими, и в конце периода действия патента произошел взрыв новых идей и улучшений. Лучевые двигатели Ватта использовались в коммерческих целях в гораздо большем количестве, и многие из них продолжали работать в течение 100 и более лет.

Ватт владел патентами на ключевые аспекты конструкции своего двигателя, но его ротационный двигатель также был ограничен Джеймс Пикард патент на простой кривошип. В богатых оловом и медью районах юго-запада Англии балочный двигатель был значительно улучшен и увеличен, что позволило осушить существовавшие там глубокие шахты. Следовательно, Корниш-лучевые двигатели стали всемирно известными, так как они остаются одними из самых массивных из когда-либо построенных двигателей.

Из-за большого количества патентов на различные части двигателей и последствий нарушения патентных прав существуют примеры Beam Engines без имени производителя ни на одной из частей (Коллекция Hollycombe Steam ).

Двигатели с вращающейся балкой

Небольшой двигатель с вращающейся балкой, построенный в 1870 году Томасом Хорном по проекту Джеймс Ватт. В заводить виден спереди, маховик частично скрыт двигателем. (Первоначально установлен на водопроводной станции в г. Эшфорд, в настоящее время действует и хранится в Легкорельсовый транспорт Бредгар и Вормсхилл.)
Луч машина Томаса Хорна Museo Nazionale della Scienza e della Tecnologia "Леонардо да Винчи", Милан.

В двигателе с вращающейся балкой поршень установлен вертикально, а Шток поршня гонит балку как раньше. А шатун с другого конца балки, вместо того, чтобы приводить шток насоса, теперь приводит в движение маховик.

Ранние двигатели Ватта использовали патент Ватта солнечная и планетарная передача, а не простой кривошип, поскольку использование последнего было защищено патентом, принадлежащим Джеймс Пикард. После истечения срока действия патента простой кривошип стал использоваться повсеместно. После достижения вращательного движения рядом с маховиком можно было прикрепить приводной ремень. Он передавал мощность на другие приводные валы, и от этих других ремней можно было затем подключать для питания различных статических механизмов, например молотильные, шлифовальные или фрезерные машины.

Судовые лучевые двигатели

Первые паровые корабли использовали варианты поворотно-балочного двигателя. Эти судовые паровые машины - известен как боковой рычаг, кузнечик, крейцкопф или «шагающая балка», среди прочего - все они отличались от оригинальных наземных машин тем, что балка или балки располагались в разных положениях, чтобы занимать меньше места на борту корабля.

Компаундирование

Компаундирование включает два или более цилиндра; Пар низкого давления из первого цилиндра высокого давления проходит во второй цилиндр, где он расширяется дальше и обеспечивает больший привод. Это сложный эффект; отработанный пар может производить дальнейшую работу, если он затем проходит в конденсатор обычным способом. Первый эксперимент с компаундированием был проведен Джонатан Хорнблауэр, который получил патент в 1781 году. Его первый двигатель был установлен на шахте Тинкрофт в Корнуолле. Он имел два цилиндра - один диаметром 21 дюйм (0,53 м) с ходом 6 футов (1,8 м) и один диаметром 27 дюймов (0,69 м) с ходом 8 футов (2,4 м) - размещенных рядом друг с другом на одном конце. балки. Первые двигатели показали небольшой прирост производительности: давление пара было слишком низким, соединительные трубы были небольшого диаметра, а конденсатор неэффективным.[1]

В это время законы термодинамика не были должным образом поняты, особенно концепция абсолютный ноль. Такие инженеры как Артур Вульф пытались решить техническую проблему с несовершенным пониманием физики. В частности, их клапанная передача врезался в неправильном положении в ходе хода, не позволяя развернуть работу в цилиндре. Успешные составные двигатели Woolf были произведены в 1814 году для Уил Авраам медный рудник и Уил Вор оловянная шахта.[2]

Двигатели McNaught

Уильям Макнот запатентовал составной балочный двигатель в 1845 году. На балочном двигателе стандарта Boulton & Watt В конструкции он разместил цилиндр высокого давления на стороне балки, противоположной существующему одиночному цилиндру, где обычно устанавливался водяной насос. Это имело два важных эффекта: это значительно снизило давление на балку, а соединительная паровая труба, будучи длинной, действовала как расширяющийся приемник - элемент, отсутствующий в конструкции Woolf.[3] Эта модификация могла быть произведена ретроспективно, и двигатели, модифицированные таким образом, назывались «McNaughted». Преимущества составного двигателя не были значительными при давлении ниже 60 фунтов на квадратный дюйм (410 кПа), но проявлялись при давлении более 100 фунтов на квадратный дюйм (690 кПа).[нужна цитата ]

Сохранившиеся лучевые двигатели

Опорная плита и обшивка из красного дерева, балочный двигатель, Британский инженериум, Брайтон
  • Насосная станция аббатства (Лестер, Англия) - здесь расположены четыре двигателя с вращающейся балкой Woolf, построенные Гимсон и компания, Лестер.[4]
  • Болтонский паровой музей (Болтон, Англия) - включает несколько двигателей с вращающейся балкой, которые изначально использовались для привода мельниц.
  • Насосная станция глиняных мельниц (Бертон-он-Трент, Стаффордшир, Англия) - четыре компаундированных двигателя Вульфа, вращающихся, перекачивающих двигателей; пять ланкаширских котлов; на объекте находится более тридцати вспомогательных двигателей, включая самую старую действующую паровую динамо-машину в стране.
  • Coldharbour Mill (Уффкульме, Девон) - 1867 г. Китто и Братство балочный двигатель плюс комбинированный двигатель Pollit & Wigzell мощностью 300 л.с. В большинстве государственных праздников в паре участвуют в гонках на веревках вместе с другими небольшими машинами.
  • Насос Coultershaw Beam (Западный Сассекс, Англия) - сохранившийся водяной балочный двигатель 1782 года.
  • Насосная станция Crofton (Грейт-Бедвин, Англия) - два двигателя, в том числе самый старый рабочий двигатель «Корнуолл» на его первоначальном месте в мире (1812 г.).
  • Насосная станция проходимости (Abbey Wood, Лондон, Англия) - набор из четырех двигателей с вращающейся балкой: самые большие из сохранившихся действующих образцов.
  • Двигатель Dogdyke (Таттерсхолл, Линкольншир) - дренажный двигатель и ковш колесо Летом на пару выходных.
  • Машинный завод Истни Бим (Портсмут, Англия) - содержит два двигателя с вращающейся балкой для перекачки сточных вод, датируемые 1887 годом.
  • Elsecar (Эльсекар, Южный Йоркшир, Англия) - единственный сохранившийся двигатель Ньюкомена (в мире), который остался на своем первоначальном месте (1795 г.).
  • Goulburn Waterworks (Гоулберн, Новый Южный Уэльс, Австралия) - Двигатель Appleby Bros Beam (1883 г.) мощностью 120 л.с. в рабочем состоянии все еще находится в первоначальном здании насосной станции.
  • Балочный двигатель Грейзбрука - Большой насосный агрегат Boulton & Watt с диаметром ствола 42 дюйма (1,1 м) на статическом дисплее на кольцевой развязке Дартмута на A38 (М) в Бирмингеме, Англия.
  • Коллекция Hollycombe Steam (Липхук, Хэмпшир, Англия) - Небольшой (примерно 5 лошадиных сил) работающий роторный двигатель фасоли, датируемый примерно 1850 годом, используемый для питания сельскохозяйственных машин, с водяным колесом, прикрепленным для дополнения мощности.
  • Левант шахтно-лучевой двигатель (Trewellard, Pendeen, England) - рабочий балочный двигатель на Народная вера недвижимость в Западном Корнуолле, Англия
  • Markfield Beam Engine (Тоттенхэм, Лондон, Англия) - составной роторный двигатель.
  • Музей де Крукиус (Cruquius, Нидерланды) - восьмилучевой двигатель на Cruquius считается самым большим паровым двигателем из когда-либо построенных
  • Мемориальный двигатель Ньюкомена (Дартмут, Девон) - датируется примерно 1725 годом. Гидравлический механизм добавлен в демонстрационных целях.
  • Ноттингемский промышленный музей (Ноттингем, Англия) - В галерее Steam находится впечатляющий двигатель Basford Beam Engine, один из пары двигателей, построенных в 1858 году Р. В. Хоторном в Ньюкасл-апон-Тайн. Он был установлен на насосной станции Басфорда для подъема воды на 110 футов (34 м) из песчаника внизу для подачи пресной воды в город Ноттингем. Двигатель был заменен в 1965 году и перенесен в специально построенную паровую галерею, где он впервые был запущен в 1975 году.
  • Пинчбек Двигатель (Сполдинг, Линкольншир) - статически сохраненный двигатель с А-образной рамой.
  • Рудник Полдарк (Trenear, Корнуолл) - Харви из Hayle Корнуолл-лучевой двигатель из оловянного рудника Банни, а позже - из Китайского глиняного карьера Гринсплат, датируемый примерно 1850 годом. Гидравлический механизм добавлен в демонстрационных целях. Последний проработал коммерчески в Корнуолле до декабря 1959 года, переехал в Полдарк в 1972 году.[5]
  • Музей двигателей Ryhope (Ryhope, Англия) - двигатели с двумя вращающимися балками; построен в 1868 г.
  • Двигатель Smethwick (Сметвик, Бирмингем, Англия) - старейшая действующая паровая машина в мире (1779 г.).
  • Старый двигатель Stretham (Стретем, Кембриджшир) - Статически сохранившийся двигатель и ковшовое колесо.
  • Музей пара Стрампшоу (Стрампшоу, Англия) - В нем используется бывший балочный двигатель с приводом от сжатого воздуха от Addington.
  • Насосная станция Tees Cottage (Дарлингтон, Англия) - рабочая вращающийся, двухцилиндровый Составной двигатель Woolf, спроектированный Гленфилдом и Кеннеди из Килмарнока и построенный компанией Teasdale Bros в рамках T&C Hawksley, Инженеры-строители, Лондон.
  • Двигатель с вращающимся лучом Бултона и Ватта (типа Солнца и планеты) на Национальный музей Шотландии (1786).[6][7] Периодическая работа с пневматикой
  • Двигатель Caprington Colliery Newcomen на Национальный музей Шотландии. Время от времени занимаюсь пневматикой.
  • Генри Форд Музей (Дирборн, Мичиган, США) - Fairbottom Bobs, двигатель Ньюкомена 1760-х годов.
  • В Лондонский музей воды и пара (Брентфорд, Лондон, Англия) - пять двигателей Корнуолла (в исходном местоположении), четыре из которых находятся в рабочем состоянии, вместе с двумя двигателями с вращающейся балкой (в музее), в том числе самый большой действующий двигатель Корнуолла в мире с 90 -дюймовый (2286 мм) цилиндр.
  • Гидравлический завод Western Springs (Окленд, Новая Зеландия) - двойной составной двигатель Woolf 1877 года. На первоначальном месте, восстановлен в рабочем состоянии, вокруг построен Музей транспорта и техники. Реставрация Pumphouse и оригинального коттеджа инженеров была удостоена в 2009 году Премии ЮНЕСКО за заслуги перед Азиатско-Тихоокеанским наследием за программу сохранения культурного наследия.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Холмы (1989), п. 147.
  2. ^ Холмы (1989), п. 153.
  3. ^ Холмы (1989), п. 157.
  4. ^ http://www.abbeypumpingstation.org
  5. ^ Создание Вендрона Б.Файфилд-Шейлер 1979
  6. ^ http://www.gracesguide.co.uk/Boulton_and_Watt Руководство Graces
  7. ^ http://www.doorsopendays.org.uk/opendays/newsArticle.aspx?newsid=132

Библиография

  • Хиллз, Ричард Л. (1989). Питание от Steam. Издательство Кембриджского университета. ISBN  0-521-45834-X.CS1 maint: ref = harv (связь)
  • Кроули, Т. (1982). Лучевой двигатель. Издательство Senecio. ISBN  0-906831-02-4.CS1 maint: ref = harv (связь)

внешняя ссылка