Uniflow gőzgép - Uniflow steam engine
Az uniflow típusú gőzgép olyan gőzt használ, amely csak egy irányban áramlik a henger mindkét felében. A hőhatékonyság növelhető, ha a henger mentén hőmérséklet-gradiens van. A gőz mindig a henger forró végeibe jut, és a hűvösebb központ nyílásain keresztül távozik. Ezáltal csökken a henger falainak relatív hevítése és hűtése.
Tervezési részletek
.jpg)
A gőz bejutását általában bütykös szelepek vezérlik (amelyek hasonlóan működnek, mint a belső égésű motorokban ), amelyeket vezérműtengely működtet . A beömlő szelepek kinyitják a gőz beengedését, amikor a löket kezdetekor elérték a minimális tágulási térfogatot. A forgattyú ciklusának egy szakaszára gőzt engednek be, majd az üreg beömlő nyílását lezárják, lehetővé téve a gőz folyamatos tágulását a löket során, meghajtva a dugattyút. A löket vége közelében a dugattyú felfedi a henger közepe körül sugárirányban szerelt kipufogónyílások gyűrűjét. Ezeket a csatlakozókat egy elosztócső és csővezetékek kötik össze a kondenzátorral, ami a kamrában a légköri nyomás alá csökkenti a nyomást, ami gyors kimerülést okoz. A forgattyú folyamatos forgatása mozgatja a dugattyút. Az animációból láthatók az egyáramú motor jellemzői, a henger hosszának majdnem a fele nagy dugattyúval, mindkét végén üreges szívószeleppel, vezérműtengellyel (amelynek mozgása a hajtótengelytől származik) és egy központi gyűrűvel. kipufogónyílások.
Előnyök
Az Uniflow motorok nagyobb terjeszkedést tesznek lehetővé egyetlen hengerben anélkül, hogy a hagyományos "ellenáramú" gőzgépek munkahengerének és a gőznyílásokon keresztül viszonylag hűvös kipufogógőz áramlana át a kipufogó lökete során. Ez a feltétel magasabb hőhatékonyságot tesz lehetővé. A kipufogónyílások a dugattyú löketének csak egy töredékéig vannak nyitva, és a kipufogónyílások közvetlenül azután záródnak, hogy a dugattyú megkezdődik a henger befogadó vége felé. A kipufogónyílások lezárása után a hengerben megmaradt gőz csapdába esik, és ezt a befogott gőzt a visszatérő dugattyú összenyomja. Ez termodinamikailag kívánatos, mivel előmelegíti a henger forró végét a gőz beengedése előtt. A túlzott összenyomás veszélye azonban gyakran azt eredményezi, hogy kis kiegészítő kipufogónyílások vannak a hengerfejeknél. Az ilyen kialakítást félig egyáramú motornak hívják .
Az ilyen típusú motorok általában több hengerrel rendelkeznek, in-line elrendezésben, és lehetnek egy- vagy kettős működésűek. Ennek a típusnak az a különös előnye, hogy a szelepek több vezérműtengely hatására működtethetők, és ezen vezérműtengelyek relatív fázisának megváltoztatásával a beengedett gőz mennyisége nagy fordulatszám mellett alacsony fordulatszámon növelhető, és csökkenthető utazási sebesség a működés gazdaságossága érdekében. Alternatív megoldásként a bonyolultabb bütyökfelületet használó tervek lehetővé tették az időzítés megváltoztatását azáltal, hogy a teljes vezérműtengelyt hosszirányban eltolták a követőjéhez képest, lehetővé téve a felvételi időzítés változtatását. (A vezérműtengelyt mechanikus vagy hidraulikus eszközökkel lehet eltolni.) És az abszolút fázis megváltoztatásával megváltoztatható a motor forgásiránya. Az uniflow kialakítás az állandó hőmérsékleti gradienst is fenntartja a hengeren keresztül, elkerülve a hideg és meleg gőz áthaladását a henger ugyanazon végén.
Hátrányok
A gyakorlatban az uniflow motornak számos működési hiányossága van. A nagy tágulási arány nagy hengertérfogatot igényel. A motor maximális potenciális munkájának eléréséhez magas reciprokációs sebességre van szükség, általában 80% -kal gyorsabb, mint egy kettős működésű ellenáramú motor. Ez azt eredményezi, hogy a beömlő szelepek nyitási ideje nagyon rövid, ami nagy megterhelést jelent egy kényes mechanikai rész számára. Annak érdekében, hogy ellenálljon a hatalmas mechanikai erőknek, erősen meg kell építeni a motorokat, és egy nagy lendkerékre van szükség a nyomatékváltozások elsimításához, amikor a gőznyomás gyorsan emelkedik és csökken a hengerben. Mivel a hengeren hőgradiens van, a fal fémje különböző mértékben kitágul. Ehhez a henger furatának szélesebb megmunkálása szükséges a hűvös központban, mint a forró végeken. Ha a henger nincs megfelelően felmelegedve, vagy ha víz kerül be, a kényes egyensúly felborulhat, ami rohamok közepes rohamát okozhatja, vagy potenciálisan tönkremehet.
Történelem
Az uniflow motort először Nagy-Britanniában használta 1827-ben Jacob Perkins , 1885-ben pedig Leonard Jennett Todd szabadalmaztatta . Johann Stumpf német mérnök népszerűsítette 1909-ben, az első kereskedelmi helyhez kötött motor egy évvel korábban, 1908-ban készült.
Gőzmozdonyok
Az uniFLOW elvet elsősorban az ipari villamosenergia-termelés, hanem el is próbáltam néhány vasúti mozdonyok Angliában, mint az észak-keleti vasúti uniFLOW mozdonyok No 825 1913 és nem 2212 , 1919 és a Midland Railway Paget mozdony . Kísérleteket végeztek Franciaországban, Németországban, az Egyesült Államokban és Oroszországban is. Az eredmények semmi esetre sem voltak elég biztatóak a további fejlesztések megkezdéséhez.
Gőzkocsik
Az Uniflow motor első nagyszabású felhasználása Atkinson gőzkocsikban történt, 1918-ban.
Skinner Unaflow
Az uniflow motor végső kereskedelmi fejlődése az 1930-as évek végén és az 1940-es években történt az Egyesült Államokban, a Skinner Engine Company fejlesztette ki az Unaflow Compound Marine gőzgépet. Ez a motor a torony összetételében működik, és hatékonyságot nyújt a korabeli dízelekhez közeledve. Sok , a Nagy Tavakon közlekedő kompkomplexum ilyen felszereléssel volt felszerelve, az egyik jelenleg is működik, az 1952-es SS Badger . A Casablanca osztályú kísérőhordozó , amely a történelem legeredményesebb repülőgép-hordozója , két 5 hengeres Skinner Unaflow motort használt, de ezek nem voltak toronyvegyületek. Egy nem összetett Skinner Uniflow 2013-ig maradt szolgálatban a Nagy Tavak SS St. Marys Challenger cementhordozójában , amelyet akkor telepítettek, amikor a hajót 1950-ben újból meghajtották.
Kis méretben (kevesebb mint kb. 1000 LE (750 kW)) a dugattyús gőzgépek sokkal hatékonyabbak, mint a gőzturbinák. A White Cliffs szolárerőmű háromhengeres egyáramú motort használt " Bash " típusú belépő szelepekkel, mintegy 25 kW teljesítmény elérésére.
Kétütemű motorok házi átalakításai
Az egyhatású egyáramú gőzgép konfigurációja nagyban hasonlít a kétütemű belső égésű motoréihoz, és lehetséges a kétütemű motor átalakítása egyáramú gőzgéppé azáltal, hogy a hengerbe gázt táplálunk egy " bash " szelepen keresztül . a gyújtógyertya helye. Amint az emelkedő dugattyú közeledik a lökete tetejéhez, kinyitja a bash szelepet, hogy befogadja a gőz impulzusát. A szelep automatikusan becsukódik, amikor a dugattyú leereszkedik, és a gőz a meglévő hengernyíláson keresztül távozik. Ezután a lendkerék tehetetlensége visszavezeti a dugattyút a löket tetejére a kompresszióval szemben, ahogyan a motor eredeti formájában is. Az átalakításhoz hasonlóan az átalakítás sem önindító, és az induláshoz egy külső áramforrásnak kell átadnia. Ilyen átalakításra példa a gőzzel működő moped, amelyet pedálozással indítanak.
Lásd még
Hivatkozások
Források
- Taníts magadnak hőmotorokat , E. de Ville, kiadó: The English Universities Press Limited, London, 1960, 40–41