Nagy sebességű gőzgép - High-speed steam engine

Késői Ashworth és Parker generátor, 1988-ban telepítve
Korai vízszintes motor közvetlen összekapcsolt dinamóval

A nagy sebességű gőzgépek az álló gőzgép egyik utolsó fejlesztését jelentették . Nagy sebességgel, több száz fordulat / perc sebességgel futottak, amire olyan feladatokra volt szükség, mint az áramtermelés.

A jellemzők meghatározása

A Peter Brotherhood motorja 1900 körül, fedélzeti generáció céljából a Királyi Haditengerészethez szállítva

Két fő jellemzőjük van:

  • Magassebesség.
Ez elegendő egy kis dinamó közvetlen vezetéséhez , ahelyett, hogy a szíjakkal történő fokozatos meghajtásra lenne szükség.
  • Pontos sebességszabályozás.
A dinamó általi generáláshoz stabil forgási sebesség szükséges a stabil kimeneti feszültséghez, még akkor is, ha a terhelés változik. Amikor egy generátort hajtottak, a kimeneti frekvencia a stabil forgási sebességtől is függ.

Ezek számos másodlagos tulajdonságot is eredményeztek. Bár ezek nem voltak meghatározóak a típus szempontjából, vagy mindig így voltak, felismerhetően gyakoriak voltak:

  • Javított kenés, nagy sebességüknek megfelelően.
Ez gyakran zárt forgattyúházat használt olajteknővel és „ fröccsenéssel ” vagy gyűrűs olajozókkal történő kenéssel . Néhányan odáig mentek, hogy motorral hajtott olajszivattyúkkal és cirkulációs rendszerrel rendelkeznek .
Mivel a forgattyúház fontosabbá vált a kenés szempontjából, az elrendezés egyszerűbb volt, ha a gőznyomást csak a henger egyik oldalára gyakorolták. Ennek van egy második előnye: mivel a gőz ereje most már csak a dugattyú egyik oldalán van, a csapágyak ereje továbbra is változni fog a löketen keresztül, de ez már nem fordítja meg az irányát. Ez nagy sebességgel csökkenti az esetleges csapágylejtések hatásait.

Nagy sebességre nem volt szükség a villamosenergia-termeléshez a legnagyobb városszerte üzemekben. Mivel ezek a növények szükségszerűen nagyok voltak, nagy átmérőjű dinamókat is használhattak, sok pólusdarabbal. Ez megadta a szükséges lineáris sebességet (átengedett pólusokban / idő) az alacsonyabb forgástengely-fordulatszámhoz.

Ezeket a motorokat egyszerű vagy összetett működési ciklusokkal állították elő . A kisebb példák általában egyszerűek voltak, mivel a jó szabályozás elérésének nehézségei felülmúlták a keverék hatékonyságát. A nagy sebességű motorok hírnevet szereztek a hanyagságról. Nagyobb motoroknál az üzemanyagköltség-megtakarítás megérte, és olyan összetett konstrukciókat használtak, mint a Willans-motor .

Szelepek széles választékát is alkalmazták. Gyakori volt a csúszó- vagy a dugattyús szelepekkel kapcsolatos példa. A többhengeres egyhatású motorok általában egy hengeres szelepet osztanak meg két henger között, akár a hengerek között, akár vízszintesen felettük.

Az ezeket a szelepeket működtető valvegear általában egyszerű volt, egyetlen különcöt csak arra terveztek, hogy egy sebességgel, egy irányban, meglehetősen állandó terhelés mellett haladjon. Bár ezek a motorok egyidőben voltak olyan kifinomult és hatékony szelepekkel , mint a Corliss , ezek a kioldó szelepek nem voltak képesek elég gyorsan működni.

Tipikus vízszintes motor, a kompakt vázzal
Belliss & Morcom egyhengeres motor

"Automata" motorok

Ames automata kormányzó, centrifugális bob súlyával és levélrugóval

A nagy sebességű gőzgép alapvető követelménye az állandó sebesség pontos szabályozása volt, még gyorsan változó terhelés mellett is. Bár a gőzgépek centrifugális kormányzón keresztüli irányítása Watt-ra nyúlik vissza , ez az irányítás nem volt megfelelő. Ezek a korai kormányzók fojtószeleppel működtették a motorba kerülő gőz áramlását. Ez nem megfelelően reagál a villamosenergia-termeléshez szükséges állandó sebesség szabályozására.

A nagy sebességű gőzgépek számára kifejlesztett megoldás az "automatikus" kormányzó volt. Ahelyett, áramlási sebességének szabályozására a gőz, hogy ellenőrzött időzítését vagy „ cut-off ” a szívószelepek. Ezt a kormányzót a főtengely és a szelep fogaskerekét meghajtó excenter közé metelték. Gyakran a motor lendkerék részeként készült. A kormányzóban lévő centrifugális bob súlya növekvő sebességgel mozdult ki a rugóval szemben. Ennek következtében a különc helyzete a hajtókarhoz képest elmozdult, megváltoztatta a szelep időzítését és korai levágást okozott. Mivel ez a vezérlés közvetlenül a henger nyílásánál működött, nem pedig egy fojtószelep hosszú csövén keresztül, nagyon gyorsan működhet.

Kenés

Zárt forgattyúház fröccsenése

Zárt motor szakasz, olajfröccsenő kenéssel

Fröccsenő kenés : Az első nagy sebességű motorok, például az Ideal (nyitott hajtókarú vízszintes motor) kenését az olajkupakák rendszerének fejlesztése, amelyet korábban elterjedtek a közepes sebességű álló motoroknál. Az olajpoharak és a többpontos kenőanyagok elég jól megolajozhatják a tengelycsapágyakat, és egyetlen irányítópoharat is megfigyelhetett a leggondatlanabb motorvezető vagy olajozó is . A nehézséget az okozta, hogy a nagy sebességű motoroknál az olajolajokat már nem lehetett mozgó alkatrészekre, például keresztfára vagy hajtórúdra felszerelni. Bármely itt lévő olajtartályt felboríthatna a mozgás, és egy ilyen szükségszerűen kicsi tartalék is lehet, hogy nem elégséges a munkaterület egy olyan motor számára, amely ennyi munkát végez kis helyen. Így nagyobb gondot fordítottak az olajozás alaposságára, és a mozgó alkatrészeket, például a forgattyúcsövet forgatták, de nem mozogtak olajkészletek, például a főcsapágyak, a főtengelyen keresztüli fúrásokkal. Centrifugális erőt használtak az olaj elosztására is. Szokás volt, hogy a nagy sebességű motoroknak csak egy vagy két kenőberendezésük lenne, így a motor ápolása egyszerűbb feladat volt, és kevésbé hajlamos az egyszerű gondatlanságból és a kenőgép szárazon működtetéséből eredő meghibásodásokra.

Egyhatású motorok

Kéthengeres egyhatású függőleges motor zárt forgattyúházzal. A kormányzó látható a forgattyúház belsejében.

A sebesség növekedésével a nagy sebességű motor a többhengeres függőleges motor kialakított formája felé fejlődött, zárt forgattyúházzal . Az egyhatású dugattyúk használatára is hajlamosak voltak . Ennek két előnye volt: a kenést a forgattyúházban található nagyvonalú „fröccsenő” rendszer biztosíthatta, amely a hűtést is segítette, másrészt, hogy az egyműködő motor erői mindig ugyanúgy hatnak, mint a dugattyúrúd és hajtórúd. Ez azt jelentette, hogy még akkor is, ha a csapágy hézagai viszonylag lazaak voltak, a csapágyat mindig szorosan tartották. A laza és így szabadon futó csapágyak elfogadhatók. Ilyen motorra példa lehet a kéthengeres Westinghouse motor. Ezek a motorok olyan csomagtérdugattyút használtak , mint manapság a belső égésű motoroknál, ahol nincs külön keresztfej, és a hajtórúd csavarcsapja magában a dugattyúban mozog felfelé. Ez nagyon kompakt elrendezést biztosít, de nyilvánvalóan egy működésű dugattyút igényel. Ennek a motornak a fő forgattyústengely-csapágyai külön olajozókkal voltak ellátva, amelyek a forgattyúház aknájába ereszkedtek. Felismerték, hogy a forgattyúház olaja sűrített gőzből származó vízzel és a dugattyúk által leadott vízzel szennyeződik. Szelepet biztosítottak ennek a begyűjtött kondenzátumnak a mély olajteknő alján lévő olaj alól történő elvezetésére.

Kettős működésű motorok és nyomásos kenés feltalálása

A motor csapágyainak nagynyomású kenésének fontos koncepciója a nagy sebességű gőzgépekkel kezdődött, és ma már a belső égésű motorok létfontosságú része . Ez egyszerre megbízható kenőrendszerként, és lehetővé teszi a nagyobb terheléseket elviselő hidrosztatikus csapágyak („olajék”) használatát is. Ennek első szabadalmait 1890- ben adták ki a Belliss & Morcom -nak, Albert Charles Pain tervező munkájából. A Belliss & Morcom a kettős működésű hengereket részesítette előnyben, hogy egy adott teljesítményhez a lehető legkisebb motorokat állítsák elő; egyik fő piacuk, mint például a Peter Brotherhood , generátorkészleteket szállított a Királyi Haditengerészet számára, hogy egy hadihajó gépterme határában használhassák őket. A kettős működésű motor nehézségét az jelentette, hogy a hajtórúd erőinek iránya megfordul a nyomás és a feszültség között, így a csapágyhézagokat szorosabbá kell tenni a csörgés elkerülése érdekében. Belliss és Morcom kifejlesztett egy kéthengeres, 20 LE teljesítményű motort 625 fordulat / perc sebességnél, amely egy kis külön olajszivattyú segítségével nyomás alatt olajat juttatott a forgattyúcsapágyakba, a főtengely hosszú fúrt lyukain keresztül. Ez megbízható kenést és hűtést biztosított, és az olajfólia nyomása elegendő volt ahhoz, hogy megfelelő működésű kettős működésű motorokat lehessen használni a szabad működés érdekében.

Lásd még

Megjegyzések

Hivatkozások

További irodalom