Насос Humphrey - Humphrey pump

Насос Хамфри, насосная станция короля Георга V

В Насос Humphrey большой внутреннее сгорание работающий на газе жидкостный поршневой насос. Их использовали для масштабных проектов водоснабжения.[1][2] Они были популярны лишь недолго, примерно с 1910 года до начала Первая Мировая Война, но они продолжали службу в течение длительного периода времени, некоторые из которых продлились до 1970-х годов.

Насос был изобретен Х. А. Хамфри, MIMechE. Это было описано в документе, представленном им в Институт инженеров-механиков 19 ноября 1909 г.[1][2][3] Насос, способный перекачивать 250 000 галлонов в час на высоту 35 футов, был представлен на Брюссельской выставке 1910 года, где получил два награды. Гран-при, как для двигателей, так и для насосов.[4]

Операция

Хамфри Памп (Вимперис, 1915)

Насосы внутреннего сгорания. Fluyne двигатель. Хотя сейчас флюидины считаются формой внешнего горения двигатель Стирлинга, насос Хамфри был ранним примером насоса внутреннего сгорания. 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 использовать перекачиваемую жидкость как собственный поршень.

Насос Хамфри состоит из большой U-образной трубки, наполненной водой. Один конец уплотнен 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 проходить 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]

Горючий газ, смешанный с воздухом, подается в камеру сгорания и затем воспламеняется электрической искрой. Силы расширяющегося газа приводит в воду вниз из камеры сгорания и ускоряют его по напорной трубе. Как только давление в камере падает до давления воды на входе, подаваемая вода больше не ускоряется, но большая масса воды в длинной трубе продолжает течь по собственной инерции. Это снижает давление в камере ниже атмосферный, при котором впускной воздух и газовые клапаны открываются, втягивая свежий воздух в качестве уборка мусора эффект. Когда вода начинает стекать обратно в U-образный клапан, это увеличивает давление в камере и приводит к открытию выпускных клапанов.

Двигатели работали на производитель газа, созданный на сайте. Его можно было производить из дерева, как в Кобдогла, или из угля.

Зажигание было электрическим, от свеча зажигания. Поскольку не было подвижного вала, на котором можно было бы установить магнето, ток высокого напряжения подавался катушка дрожания.

Четырехтактные и двухтактные циклы

Насос Хамфри мог работать с четырехтактный или же двухтактный цикл.[2] Их нормальная работа была четырехтактным. Это требовало механических блокировок впускных клапанов, чтобы выпускной и продувочный клапаны открывались один раз в течение цикла, чтобы позволить уборка мусора выхлопа, но не во время цикла сжатия впоследствии.[6] Также возможен двухтактный цикл, если может быть достигнута адекватная очистка. Воздух, захваченный в камере сгорания насоса Хамфри, выполняет две функции: как для горения, так и как пневматическая пружина для поддержания колеблющегося водяного столба. Поскольку эта пружина включает в себя большой объем воздуха по сравнению с минимальным количеством воздуха, необходимого для горения, воздух легко охлаждается до температуры ниже температуры воспламенения, чтобы предварительно воспламенить следующий заряд. По-прежнему существует риск неэффективного четырехтактный хотя, если очистка не достаточно эффективна, чтобы удалить предыдущие выхлопные газы. Это было сделано с помощью высокой и тонкой камеры 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.[7]

Двухтактный двигатель имел преимущества в эффективности. Поскольку сжатие заряда осуществлялось более мощным первым тактом сжатия, была достигнута более высокая степень сжатия, что дало лучшую эффективность.[7] Несмотря на это, двухтактная конструкция, похоже, не использовалась в коммерческих целях.

Ограничения и преимущества

Первым ограничением насоса Хамфри является то, что он не обладает всасывающей способностью, фактически он должен быть установлен в сухом отстойнике на несколько метров ниже уровня подачи. Учитывая физические размеры 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.[8] Его обычное топливо, генераторный газ, содержит очень высокий уровень монооксид углерода, от которого необходимо защитить персонал и посетителей 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, требует минимального обслуживания и высокой надежности. Он также довольно эффективен, потребляя примерно половину топлива по сравнению с насосом, приводимым в действие механическим газовым двигателем, выполняющим ту же работу.[8]

Установленные насосы

Насосная станция в Водохранилище короля Георга V, 1985

Известны и описаны несколько завершенных установок насосов Хамфри:

Водохранилище короля Георга V, возле Чингфорд в Восточном Лондоне было установлено четыре насоса Хамфри, когда насосная станция была впервые построена в 1912 году.[9][10][11] Каждый насос был способен перекачивать 40 000 000 галлонов воды в день. Пятый насос поменьше был добавлен позже.[2] Они были построены Бирдмора Глазго.

Один насос диаметром 66 дюймов был установлен на Дель Рио, Техас в 1914 году.[12] Он был построен компанией Humphrey Gas Pump Co. из Сиракуз, штат Нью-Йорк, которая получила лицензию на патенты Хамфри.

В 1914 году рассматривался вопрос об очень крупной дренажно-ирригационной установке для Египта.[13] Строительство было нарушено из-за вспышки Первая Мировая Война. Первоначально предполагалось использовать восемнадцать насосов, каждый из которых доставлял 100000000 галлонов в день на высоту 20 футов.[1][14] 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 Браун Бовери.[13]

Два насоса, каждый с производительностью 1 500 000 британских галлонов (6,8 мл) в час[8] (36000000 британских галлонов (160 мл) в день), были установлены на Cobdogla, на Река Мюррей в Австралии, с 1923 года. Они были построены Beardmore's в Глазго и отправлены в Австралию для сборки.[15][16]

Сохранившиеся примеры

Насосы Chingford были заменены электронасосами в 1970-х годах, хотя три из них остались на месте.[17]

Насосы Cobdogla проработали с 1927 по 1965 год. В 1985 году один был восстановлен как действующий и получил награду IMechE. Награда за инженерное наследие.[18]

Действующая модель насоса Хамфри была недавно построена и продемонстрирована на различных днях открытых дверей в музеях Великобритании.[17]

Подобные насосы

Примерно в то же время был описан аналогичный насос Joy. Он был намного меньше, около шести дюймов в диаметре, а не шести футов, а также имел гораздо меньшие соединения с водопроводными трубами. Эта уменьшенная масса воды также снизила степень сжатия, доступную в камере сгорания, что привело к снижению эффективности. Тем не менее, 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.[19]

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.

Сан и др. (2012) проанализировали особенности цикла Хамфри / Аткинсона и показали, что при определенных условиях он может быть более эффективным, чем цикл Отто. Они предложили его использовать для анализа нового поколения волновых дисковых двигателей.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Важная подгруппа флюидинов перекачивает жидкость в контуре с непрерывным контуром, как средство теплопередача.

Рекомендации

  1. ^ а б c d Вимперис, Х. (1915). «Газовый двигатель». Двигатель внутреннего сгорания (2-е изд.). Лондон: Констебль и компания. С. 113–117.CS1 maint: ref = harv (связь)
  2. ^ а б c d Маклафлан, Джеймс Айви (1931). «Насос Хамфри и установка двух шестидесятишестидюймовых установок в Кобдогла, река Мюррей» (PDF). Пер. Inst. Инженеры Австралии. XII: 413–426.CS1 maint: ref = harv (связь)
  3. ^ Хамфри, Герберт А. (19 ноября 1909 г.). «Насос внутреннего сгорания и другие приложения нового принципала». Proc. Inst. Мех. Англ.
  4. ^ «Насос Хамфри на Брюссельской выставке». Инженерное дело. 22 июля 1910 г.
  5. ^ Кеннеди, Рэнкин (1912). Книга современных двигателей и генераторов. Том В. Кэкстон. С. 1–16.
  6. ^ Кеннеди, Modern Engines & V, стр. 2,4
  7. ^ а б Кеннеди, Modern Engines & V, стр. 11–12
  8. ^ а б c Дэвид Мак (2003). Ирригационное поселение: некоторые исторические аспекты в Южной Австралии на реке Мюррей 1838–1978 гг.. Кобдогла, Южная Австралия 5346: Музей ирригации и пара в Кобдогла. п. 252.CS1 maint: location (связь)
  9. ^ «Новое водохранилище в Чингфорде, № I». Инженер. 14 марта 1913 г.
  10. ^ «Новое водохранилище в Чингфорде, № II». Инженер. 21 марта 1913 г.
  11. ^ «Новое водохранилище в Чингфорде, № III». Инженер. 28 марта 1913 г.
  12. ^ «Взрывной насос прямого действия Хамфри для ирригационной службы в Дель-Рио, штат Техас». Новости машиностроения. 72 (16). 15 октября 1914 г.
  13. ^ а б «Самая большая насосная станция в мире: большая насосная станция с двигателем Хамфри для осушения земель в Египте». Новости машиностроения. 72 (2). 9 июля 1914 г.
  14. ^ Техника внутреннего сгорания. 24 июня 1914 г. Отсутствует или пусто | название = (помощь)
  15. ^ SA Water. "Насосы Кобдогла Хамфри". Flickr.
  16. ^ «Подготовка к установке гигантского насоса Хамфри». Мюррей Пионер и Австралийский Рекорд Ривер (Ренмарк, Южная Америка: 1913-1942). Renmark, SA: Национальная библиотека Австралии. 21 декабря 1923 г. с. 5. Получено 30 апреля 2014.
  17. ^ а б Реконструкция рабочей модели Хамфри Памп
  18. ^ "Насос Хамфри".
  19. ^ Кеннеди, Modern Engines & V, стр. 15–16

внешняя ссылка

дальнейшее чтение

  • П.Д. Данн, Н.Г. Джойс, Д.Дж. Фулфорд, «Насос Хамфри», Отчет для Министерства иностранных дел, Департамент инженерии и кибернетики, Университет Рединга. Январь 1977 г.
  • Денис Смит, «Насос Хамфри и его изобретатель», Сделки Общества Ньюкоменов, Том 43 (1970) 067-092.
  • Б.Е. Абулнага, «Двигатель внутреннего сгорания, в котором используется колеблющийся столб жидкости и гидравлическая турбина для преобразования энергии топлива» », австралийский патент 607796, выданный в 1991 г.
  • 14. Сан Дж., П. Акбари, Б. Гауэр и Н. Мюллер (2012) "Термодинамика волнового дискового двигателя", 48-я совместная конференция и выставка по двигательным установкам AIAA / ASME / SAE / ASEE - Атланта, Джорджия