Корнуолл двигатель - Cornish engine

В насосная станция в Крукиусе, Показывающие пучки накачки, выходящий из двигателя опорной стенки

А Корнуолл двигатель это тип паровой двигатель разработан в Корнуолл, Англия, в основном для откачки воды из шахты. Это форма луч двигателя который использует пар под более высоким давлением, чем раньше двигатели разработано Джеймс Ватт. Двигатели также использовались для питания двигатели человека для помощи шахтерам в перемещении на рабочий уровень и обратно, для лебедка материалы в шахту и из шахты, а также для питания на месте рудоштамповочное оборудование.[1]

На заднем плане: паровой двигатель в Корнуолле

Корнуолл уже давно банка рудники, медные и другие металлические руды, но если добыча будет вестись на большей глубине, необходимо найти средства отвода воды из шахты. Это может быть сделано с использованием лошадиных сил или водяное колесо для работы насосов, но лошади имеют ограниченную мощность, а водяные колеса нуждаются в подходящем потоке воды. Соответственно, преобразование угля в энергию для работы насосов было очень желательно для горнодобывающей промышленности.

Уил Вор (мой) был одним из первых Двигатели Newcomen (внутрицилиндровые конденсационные двигатели, использующие давление ниже атмосферного) до 1714 года, но в Корнуолле нет угольных месторождений, а уголь, импортируемый из Южного Уэльса, был дорогим. Таким образом, стоимость топлива для перекачки составляла значительную часть затрат на добычу полезных ископаемых. Позже многие из более эффективных Ватт-двигатели (с использованием внешнего конденсатора) возведены Бултон и Ватт в Корнуолле. Они взимали с владельцев шахт гонорар, исходя из доли экономии топлива. Топливная эффективность двигателя измерялась его «долом», выраженной в работе (в фут-фунты ), произведенный бушелем (43 кг) угля. У первых двигателей Watt было 20 миллионов, а у более поздних - более 30 миллионов.[2]

Корнуоллский цикл

Разрез, около 1877 г.

Цикл Корнуолла работает следующим образом.[3]

Начиная с условий во время работы, когда поршень находится в верхней части цилиндра, цилиндр под поршнем, заполненный паром из предыдущего хода, котел при нормальном рабочем давлении и конденсатор при нормальном рабочем вакууме,

  1. Впускной клапан пара под давлением и выпускной клапан пара низкого давления открываются. Сжатый пар из котла входит в верхнюю часть цилиндра над поршнем, толкая его вниз, а пар под поршнем втягивается в конденсатор, создавая вакуум под поршнем. Разница давлений между паром при давлении в котле над поршнем и вакуумом под ним приводит к опусканию поршня.
  2. На половине хода впускной клапан пара под давлением закрыт. Затем пар над поршнем расширяется до конца хода, в то время как пар низкого давления на другой стороне (дне) поршня продолжает втягиваться в конденсатор, тем самым поддерживая частичный вакуум в этой части цилиндра.
  3. В конце хода выпускной клапан конденсатора закрывается, а равновесный клапан открывается. Вес шестерни насоса подтягивает поршень вверх, и по мере того, как поршень поднимается, пар передается через уравновешивающую трубу сверху поршня в нижнюю часть цилиндра под поршнем.
  4. Когда поршень достигает верха цилиндра, цикл готов к повторению.

Следующий ход может произойти немедленно, или он может быть задержан устройством отсчета времени, таким как катаракта. Если для двигателя не было необходимости работать на максимальной скорости, снижение скорости работы экономило топливо.

Двигатель одностороннего действия, а паровой поршень поднимается за счет веса поршня насоса и его штоков. Пар может подаваться под давлением до 50 фунтов на квадратный дюйм (340 кПа).

Реальные фотографии, на которых показаны элементы схематического дизайна (Шахта Восточного бассейна Вал Тайлера Двигатель Харви):

  • Паровые котлы

  • Главный паровой цилиндр (А)

  • Контрольный пар
    цилиндры (G-H)

  • Рычаг насоса (D)

  • Корпус двигателя и поршень насоса (E)

  • Жертвенный блок в машинном отделении вала Тейлора Шахта Восточного бассейна

Характеристики

Основным преимуществом двигателя Корнуолла был его повышенный КПД, достигнутый за счет более экономичного использования пара более высокого давления. В то время повышение эффективности было важным для Корнуолла из-за высокой стоимости угля; в Корнуолле нет угольных месторождений, и весь используемый уголь приходилось привозить из-за пределов графства.

Повышение давления в бойлере выше очень низкого, практически атмосферного давления пара, используемого Джеймсом Уаттом, было важным элементом повышения эффективности корнуоллского двигателя. Однако простое повышение давления в котле сделало бы двигатель более мощным без повышения его эффективности. Ключевым достижением было расширение пара в цилиндре. В то время как Джеймс Ватт придумал идею разрешить экспансивную работу пара - и включил ее в свой патент 1782 года - он понял, что низкое давление пара в его применении делает улучшение эффективности незначительным, и поэтому не стал ее преследовать.

В двигателе Ватта пар пропускается на протяжении рабочего хода поршня. В конце хода пар выпускается, а оставшаяся энергия расходуется в конденсаторе, где пар снова охлаждается до воды.

В корнуоллском двигателе, напротив, впускной клапан закрывается на полпути во время рабочего такта, позволяя пару, уже находящемуся в этой части цилиндра, расширяться в остальной части такта до более низкого давления. Это приводит к улавливанию большей части его энергии и меньшим потерям тепла в конденсаторе, чем в двигателе Ватта.

Другие характеристики включают изоляцию паропроводов и цилиндра, а также паровую рубашку цилиндра, которые ранее использовались Watt.[4]

Немногие двигатели Корнуолла остаются на своих первоначальных местах, большинство из них было списано после закрытия соответствующей промышленной фирмы.[1]

Двигатель Cornish развивал нерегулярную мощность в течение всего цикла, полностью останавливаясь в одной точке, имея быстрое движение при ходе вниз, что делало его непригодным для вращательного движения и большинства промышленных приложений.[4] Это также требует некоторых необычных клапанная передача, видеть Клапанная передача двигателя Корниш.

Развитие корнуоллского двигателя

Двигатель Корнуолла зависел от использования давления пара выше атмосферного, как было разработано Ричард Тревитик в 19 ​​веке. Первые «воздушные» двигатели Тревитика выбрасывали пар в атмосферу. Это отличалось от паровой машины Уатта, которая перемещала конденсирующийся пар из цилиндра в конденсатор, отдельный от цилиндра; следовательно, двигатель Ватта зависел от создания вакуума при конденсации пара. Более поздние двигатели Тревитика (в 1810-х годах) объединили два принципа, начиная с пара высокого давления, который затем передавался на другую сторону поршня, где он конденсировался, и там он действовал как двигатель с давлением ниже атмосферного. В параллельной разработке Артур Вульф разработал составной паровой двигатель, в котором пар расширялся последовательно в двух цилиндрах, каждый из которых находился под давлением выше атмосферного.[2]

Когда Тревитик уехал в Южную Америку в 1816 году, он передал свои патентные права на свое последнее изобретение. Уильям Симс, который построил или адаптировал ряд двигателей, в том числе один на Wheal Chance, работающий на 40 фунтов на квадратный дюйм (280 кПа) выше атмосферное давление, которая достигла эффективность почти 50 миллионов, но затем его эффективность упала. Испытания проводились между одноцилиндровым двигателем типа Trevithick и Составной двигатель Woolf в Уил-Альфреде в 1825 году, когда оба достигли долга чуть более 40 миллионов.[5]

Следующее улучшение было достигнуто в конце 1820-х гг. Сэмюэл Гроуз, которые уменьшили потери тепла за счет изоляции труб, цилиндров и котлов двигателей, увеличив долг до более 60 миллионов в Уил Хоуп, а затем почти до 80 миллионов в Уил Тован. Тем не менее, лучшая работа обычно была недолговечной из-за общего износа оборудования, утечек из котлов и износа плит котла (что означало, что давление приходилось снижать).[5]

Незначительные улучшения несколько увеличили нагрузку, но двигатель, похоже, достиг своих практических возможностей к середине 1840-х годов. При давлении до 50 фунтов на квадратный дюйм (340 кПа) эти силы, вероятно, вызвали поломки оборудования. Такое же улучшение режима работы произошло и с двигателями, работающими Марки Корнуолла и капризы, но в целом пришло чуть позже. В обоих случаях лучшая нагрузка была ниже, чем для насосных двигателей, особенно для капризных двигателей, работа которых была прерывистой.[2]

Толчком к усовершенствованию паровой машины был Корнуолл из-за высокой цены на уголь, но капитальные затраты и затраты на техническое обслуживание были выше, чем у паровой машины Ватта. Это надолго задержало установку двигателей Корнуолла за пределами Корнуолла. Подержанный двигатель Cornish был установлен на Водопроводная станция Ист-Лондона в 1838 году, и по сравнению с двигателем Ватта с благоприятными результатами, потому что цена угля в Лондоне была даже выше, чем в Корнуолле. Однако в основных областях текстильного производства, таких как Манчестер и Лидс цена угля была слишком низкой, чтобы сделать замену экономичной. Только в конце 1830-х годов производители текстиля начали переходить на двигатели высокого давления, обычно добавляя цилиндр высокого давления, образуя составной двигатель, вместо того, чтобы следовать обычной практике Корнуолла.[2]

Сохранившиеся корнуэльские двигатели

Один из сохранившихся машинных корпусов на Бассейн, с 30-дюймовым двигателем
Клапан шток двигателя на Лондонский музей воды и пара

Несколько двигателей Корнуолла сохранились в Англии. В Лондонский музей воды и пара имеет самую большую коллекцию двигателей Корнуолла в мире. В Насосная станция Crofton, в Уилтшир два двигателя Корнуолла, один из которых (1812 г. Бултон и Ватт ) является «старейшим в мире двигателем с рабочей балкой, все еще находящимся в своем первоначальном машинном отделении и способным фактически выполнять работу, для которой он был установлен», а именно перекачку воды на вершину горы. Кеннет и Эйвон канал.[6] Два экземпляра также сохранились в Корнуоллские шахты и двигатели музей на месте Шахта Восточного бассейна недалеко от города Бассейн, Корнуолл.

Другой пример - на Рудник Полдарк в Тренире, Корнуолл, - балочная машина Harvey of Hayle Cornish Beam Engine примерно 1840–1850 годов, первоначально работавшая на Bunny Tin Mine, а затем на Greensplat China Clay Pit, оба недалеко от Сент-Остелла. Он больше не работает как паровой двигатель, а вместо этого приводится в движение гидравлическим механизмом. Он использовался на Greensplat до 1959 года и стал последним корнуоллским двигателем, коммерчески работавшим в Корнуолле. В 1972 г. он был перенесен в Полдарк [[7]]

В Насосная станция Крукиус в Нидерланды содержит двигатель Корнуолла с самым большим диаметр цилиндр, когда-либо созданный для двигателя Корнуолла, диаметром 3,5 метра (140 дюймов). Двигатель, который построил Харви и Ко в Hayle, Корнуолл, Англия, восемь балок соединены с одной. цилиндр, каждый луч управляет одним насосом.[8] Двигатель был восстановлен в рабочем состоянии в период с 1985 по 2000 год, хотя теперь он работает от маслонаполненной гидравлической системы, поскольку восстановление работы на пару было нежизнеспособным.[9]

В Комитет по сохранению двигателей Корнуолла, рано Промышленная археология организация, была создана в 1935 году для сохранения Левант заводной двигатель. Позже комитет был переименован в Ричард Тревитик. Они приобрели еще один заводной двигатель и два насосных двигателя.[10] Они издают информационный бюллетень, журнал и множество книг по двигателям Корнуолла, горнодобывающей промышленности, инженерам и другим темам промышленной археологии.[11][12]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Бартон, Д. Б. (1966). Корнуоллский луч двигателя (Новое изд.). Труро: Д. Брэдфорд Бартон.
  2. ^ а б c d Нуволари, Алессандро; Верспаген, Барт (2009). «Технический выбор, инновации и британская паровая техника, 1800-1850 годы». Обзор экономической истории. 63 (3): 685–710.
  3. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал 28 июля 2015 г.. Получено 5 января 2015.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  4. ^ а б Хантер, Луи С. (1985). История промышленной власти в Соединенных Штатах, 1730-1930, Vol. 2: мощность пара. Шарольтсвилль: Издательство Университета Вирджинии.
  5. ^ а б Нуволари, Алессандро; Verspagen, Барт (2007). "Lean's Engine Reporter и корнуоллский двигатель ". Сделки Общества Ньюкоменов. 77 (2): 167–190. Дои:10.1179 / 175035207X204806.
  6. ^ «Крофтон». Архивировано из оригинал 6 августа 2011 г.
  7. ^ Файфилд-Шейлер (1972). Создание Вендрона. Архив ООО «Графмитр».
  8. ^ "Строительство". Музей Крукиуса. Архивировано из оригинал 19 июля 2011 г.. Получено 3 августа 2009.
  9. ^ "Гидравлический". Музей Крукиуса. Архивировано из оригинал 19 июля 2011 г.. Получено 3 августа 2009.
  10. ^ Общество Тревитика. Открытые лекции и беседы. Проверено 22 сентября 2012 года.
  11. ^ Общество Тревитика. Журнал Общества Тревитика, выпуски 6-10. Общество Тревитика, 1978.
  12. ^ Общество Тревитика. В архиве 2 января 2013 в Archive.today Корнуолл-шахтер - Книги о Корнуолле. Проверено 22 сентября 2012 года.

внешняя ссылка