Silnik belki - Beam engine

Silnik Watt : przedstawiający wejście pary i wody

Silnik belka jest typem silnika parowego , w którym obraca się górny promień jest używany do wywierania siły z pionowego tłoka do pionowego pręta łączącego . Ta konfiguracja, z silnikiem bezpośrednio napędzającym pompę, została po raz pierwszy użyta przez Thomasa Newcomena około 1705 roku do usuwania wody z kopalń w Kornwalii . Wydajność silników została poprawiona przez inżynierów, w tym Jamesa Watta , który dodał oddzielny skraplacz ; Jonathan Hornblower i Arthur Woolf , którzy skomponowali cylindry ; oraz William McNaught , który opracował metodę łączenia istniejącego silnika. Silniki promieniowe były po raz pierwszy używane do wypompowywania wody z kopalń lub do kanałów, ale mogły być używane do pompowania wody w celu uzupełnienia przepływu przez koło wodne napędzające młyn .

Żeliwna belka silnika Boulton & Watt z 1812 roku w przepompowni Crofton – najstarsza działająca, przykład in situ na świecie
Tył Museum De Cruquius niedaleko Amsterdamu , stara pompownia wykorzystywane do pompowania wysuszyć Haarlemmermeer . Przedstawia belki silnika pompującego i 9-metrowy spadek poziomu wody w rzece Spaarne . Silnik belkowy jest największym, jaki kiedykolwiek skonstruowano i był używany do 1933 roku.
Pozostałości napędzanego wodą silnika belki w Wanlockhead

Silnik z belką obrotową jest późniejszą konstrukcją silnika belkowego, w którym korbowód napędza koło zamachowe za pomocą korby (lub historycznie za pomocą przekładni słonecznej i planetarnej ). Te silniki belkowe mogą być używane do bezpośredniego napędzania wałów liniowych w młynie . Mogły być również wykorzystywane do napędzania statków parowych .

Historia

Pierwsze silniki belkowe były napędzane wodą i służyły do ​​pompowania wody z kopalń. Zachowany przykład można zobaczyć w kopalni ołowiu Straitsteps w Wanlockhead w Szkocji .

Silniki promieniowe były szeroko stosowane do zasilania pomp w angielskim systemie kanałów , gdy został on rozbudowany za pomocą śluz na początku rewolucji przemysłowej , a także do odprowadzania wody z kopalń w tym samym okresie oraz jako silniki wyciągowe .

Pierwszy parowy silnik wiązkowy został opracowany przez Thomasa Newcomena . Nie był to, ściśle mówiąc, zasilany parą, ponieważ para wprowadzona poniżej tłoka została skondensowana, aby wytworzyć częściową próżnię, dzięki czemu ciśnienie atmosferyczne wepchnęło tłok. Dlatego nazwano go silnikiem atmosferycznym. Silnik atmosferyczny Newcomen został zaadoptowany przez wiele kopalń w Kornwalii i innych miejscach, ale był stosunkowo nieefektywny i zużywał duże ilości paliwa. Silnik został ulepszony przez Johna Smeatona, ale James Watt rozwiązał główne nieefektywności silnika Newcomena w swoim silniku parowym Watta, dodając oddzielny skraplacz, dzięki czemu cylinder pozostał gorący. Technicznie był to nadal silnik atmosferyczny, dopóki (na podstawie kolejnych patentów) nie zamknął górnej części cylindra, wprowadzając parę, aby również popchnąć tłok w dół. To uczyniło z niego prawdziwą maszynę parową i prawdopodobnie potwierdza go jako wynalazcę maszyny parowej. Opatentował także regulator odśrodkowy i ruch równoległy . ta ostatnia umożliwiła wymianę łańcuchów wokół głowicy łukowej, a tym samym pozwoliła na użycie jej jako silnika obrotowego.

Jego patenty pozostały do ​​​​początku XIX wieku i niektórzy twierdzą, że wstrzymywało to rozwój. Jednak w rzeczywistości rozwój był kontynuowany przez innych i pod koniec okresu patentowego nastąpiła eksplozja nowych pomysłów i ulepszeń. Silniki promieniowe Watta były używane komercyjnie w znacznie większej liczbie i wiele z nich pracowało przez 100 lat lub dłużej.

Watt posiadał patenty na kluczowe aspekty konstrukcji swojego silnika, ale jego silnik obrotowy był równie ograniczony przez patent Jamesa Pickarda dotyczący prostej korby. Silnik belkowy został znacznie ulepszony i powiększony w bogatych w cynę i miedź obszarach południowo-zachodniej Anglii, co umożliwiło odwodnienie istniejących tam głębinowych kopalń. W rezultacie silniki belkowe z Kornwalii stały się znane na całym świecie, ponieważ pozostają jednymi z najbardziej masywnych silników belkowych, jakie kiedykolwiek zbudowano.

Ze względu na liczbę patentów na różne części silników i konsekwencje naruszeń patentów, istnieją przykłady Beam Engines bez nazwy producenta na żadnej z części ( Hollycombe Steam Collection ).

Silniki z belką obrotową

Mały silnik z belką obrotową, zbudowany w 1870 roku przez Thomasa Horna według projektu Jamesa Watta . Korbowy jest widoczne na przodzie, koło zamachowe część ukryta przez silnik. (Pierwotnie zainstalowany w wodociągach w Ashford , obecnie działający i zachowany w Bredgar and Wormshill Light Railway ).
Maszyna belek autorstwa Thomasa Horn Museo Nazionale della Scienza e della Tecnologia "Leonardo da Vinci" , Mediolan.

W silniku z belką obrotową tłok jest zamontowany pionowo, a tłoczysko napędza belkę jak poprzednio. Korbowód z drugim końcem wiązki, zamiast prowadzenia pręta pompy obecnie napędza koło zamachowe.

Wczesne silniki Watt wykorzystywały opatentowaną przez Watt przekładnię słoneczną i planetarną , a nie prostą korbę, ponieważ użycie tej ostatniej było chronione patentem należącym do Jamesa Pickarda . Po wygaśnięciu patentu prosta korba była powszechnie stosowana. Po osiągnięciu ruchu obrotowego obok koła zamachowego można było zamocować pasek napędowy. To przekazywało moc na inne wały napędowe, a z tych innych pasów można było następnie podłączyć do zasilania różnych maszyn statycznych, np. młocarni, szlifierek lub frezarek.

Silniki z wiązką morską

Pierwsze statki o napędzie parowym wykorzystywały warianty silnika z belką obrotową. Te morskie silniki parowe – znane między innymi jako dźwignia boczna, konik polny , poprzeczka lub „belka krocząca” – wszystkie różniły się od oryginalnych maszyn lądowych, umieszczając belkę lub belki w różnych pozycjach, aby zajmować mniej miejsca na pokładzie statku .

Mieszanie

Mieszanie obejmuje dwa lub więcej cylindrów; para niskociśnieniowa z pierwszego cylindra o wysokim ciśnieniu jest przekazywana do drugiego cylindra, gdzie dalej się rozpręża i zapewnia większy napęd. To jest efekt złożony; para odpadowa z tego może wytworzyć dalszą pracę, jeśli zostanie następnie przepuszczona do skraplacza w normalny sposób. Pierwszy eksperyment z mieszaniem został przeprowadzony przez Jonathana Hornblowera , który wyciągnął patent w 1781 roku. Jego pierwszy silnik został zainstalowany w Tincroft Mine w Kornwalii. Miał dwa cylindry - jeden o średnicy 21 cali (0,53 m) z skokiem 6 stóp (1,8 m) i jeden o średnicy 27 cali (0,69 m) o skoku 8 stóp (2,4 m) - umieszczone obok siebie na jednym końcu belki. Wczesne silniki wykazywały niewielki wzrost wydajności: ciśnienie pary było zbyt niskie, rury łączące miały małą średnicę, a skraplacz nieskuteczny.

W tym czasie prawa termodynamiki nie były dostatecznie rozumiane, zwłaszcza pojęcie zera absolutnego . Inżynierowie, tacy jak Arthur Woolf , próbowali rozwiązać problem inżynieryjny z niedoskonałym zrozumieniem fizyki. W szczególności ich mechanizm zaworowy zacinał się w złym położeniu w skoku, nie pozwalając na ekspansywną pracę w cylindrze. Odnoszące sukcesy silniki mieszanek Woolf zostały wyprodukowane w 1814 roku dla kopalni miedzi Wheal Abraham i kopalni cyny Wheal Vor .

Silniki McNaught

William McNaught opatentował silnik belkowy w 1845 roku. W silniku belkowym standardowej konstrukcji Boulton & Watt umieścił cylinder wysokociśnieniowy po przeciwnej stronie belki w stosunku do istniejącego pojedynczego cylindra, gdzie normalnie montowana była pompa wodna. Przyniosło to dwa ważne efekty: znacznie zmniejszyło nacisk na belkę, a łącząca się z nią rura parowa, będąc długa, działała jak ekspansywny odbiornik – element, którego w projekcie Woolf brakowało. Ta modyfikacja mogła być dokonana retrospektywnie, a tak zmodyfikowane silniki nazywano „McNaughted”. Zalety silnika sprzężonego nie były znaczące przy ciśnieniu poniżej 60 funtów na cal kwadratowy (410 kPa), ale wykazywały się przy ponad 100 psi (690 kPa).

Zachowane silniki promieniowe

Płyta podstawowa i otulina mahoniowa, silnik belki, British Engineerium , Brighton
  • Przepompownia w Abbey (Leicester, Anglia) - mieści cztery silniki z belką obrotową Woolf zbudowane przez Gimson and Company w Leicester.
  • Bolton Steam Museum (Bolton, Anglia) – obejmuje kilka silników z belką obrotową pierwotnie używanych do napędzania młynów
  • Przepompownia Claymills (Burton-on-Trent, Staffordshire, Anglia) - cztery silniki z mieszanką Woolf, rotacyjne, belkowe; pięć kotłów Lancashire; ponad trzydzieści silników pomocniczych, w tym najstarsza działająca w kraju prądnica parowa.
  • Coldharbour Mill (Uffculme, Devon) - silnik belkowy Kittoe i Brotherhood z 1867 r. oraz silnik mieszakowy Pollit & Wigzell o mocy 300 KM. W parze większość świąt państwowych prowadzi wyścig linowy, wraz z innymi mniejszymi maszynami.
  • Coultershaw Beam Pump (West Sussex, Anglia) – zachowany wodny silnik belki z 1782 roku.
  • Przepompownia Crofton (Great Bedwyn, Anglia) – dwie lokomotywy, w tym najstarsza na świecie działająca lokomotywa „Cornish” w pierwotnej lokalizacji (1812).
  • Przepompownia Crossness (Abbey Wood, Londyn, Anglia) – zestaw czterech silników z belką obrotową: największe zachowane przykłady pracy.
  • Dogdyke Engine (Tattershall, Lincolnshire) – silnik odwadniający i koło czerpakowe , parowane letnie weekendy.
  • Eastney Beam Engine House (Portsmouth, Anglia) – zawiera dwa silniki z belką obrotową do pompowania ścieków, pochodzące z 1887 roku.
  • Elsecar (Elsecar, South Yorkshire, Anglia) – jedyny zachowany silnik Newcomena (na świecie), który pozostał w swojej pierwotnej lokalizacji (1795).
  • Goulburn Waterworks (Goulburn, NSW, Australia) - Appleby Bros Beam Engine (1883) 120 KM sprawny nadal w oryginalnym budynku pompowni.
  • Silnik z belką Grazebrook – duży, pompujący silnik Boulton & Watt, zaprojektowany z 42-calowym (1,1 m) otworem na statycznej wystawie na rondzie Dartmouth na A38(M) w Birmingham w Anglii.
  • Hollycombe Steam Collection (Liphook, Hampshire, Anglia) – Niewielki (o mocy ok. 5 koni mechanicznych) pracujący silnik do fasoli z ok. 1850 r., używany do napędzania maszyn rolniczych, z dołączonym kołem wodnym w celu uzupełnienia mocy.
  • Levant Mine and Beam Engine (Trewellard, Pendeen, Anglia) – działający silnik belki na posiadłości National Trust w Zachodniej Kornwalii w Anglii
  • Markfield Beam Engine (Tottenham, Londyn, Anglia) – złożony, obrotowy silnik.
  • Museum De Cruquius (Cruquius, Holandia) – ośmiobelkowy silnik w Cruquius uważany jest za największą maszynę parową, jaką kiedykolwiek zbudowano
  • Newcomen Memorial Engine (Dartmouth, Devon) - pochodzący z około 1725 roku. Dodano mechanizm hydrauliczny w celach demonstracyjnych.
  • Nottingham Industrial Museum (Nottingham, Anglia) – Galeria Steam zawiera imponujący silnik Basford Beam Engine, jeden z par silników zbudowanych w 1858 roku przez RW Hawthorna w Newcastle upon Tyne. Został on zainstalowany w przepompowni Basford w celu podniesienia wody o wysokości 34 m z piaskowca poniżej w celu dostarczenia świeżej wody do miasta Nottingham. Silnik został wymieniony w 1965 roku i przeniesiony do specjalnie wybudowanej Galerii Parowej, gdzie został po raz pierwszy odpalony w 1975 roku.
  • Pinchbeck Engine (Spalding, Lincolnshire) – zachowany statycznie silnik z ramą A.
  • Kopalnia Poldark (Trenear, Cornwall) - Harvey's of Hayle Cornish Beam Engine z Bunny Tin Mine, a później Greensplat China Clay Pit z około 1850 roku. Dodano mechanizm hydrauliczny w celach demonstracyjnych. Ostatnio pracował komercyjnie w Kornwalii do grudnia 1959, przeniósł się do Poldark w 1972.
  • Ryhope Engines Museum (Ryhope, Anglia) – silniki dwubelkowe; zbudowany 1868.
  • Silnik Smethwick (Smethwick, Birmingham, Anglia) – najstarszy działający silnik parowy na świecie (1779).
  • Stretham Old Engine (Stretham, Cambridgeshire) – Statycznie zachowany silnik i koło czerpakowe.
  • Muzeum Parowe Strumpshaw (Strumpshaw, Anglia) — zawiera silnik byłej belki zasilany sprężonym powietrzem firmy Addington.
  • Stacja pomp Tees Cottage (Darlington, Anglia) - działający dwucylindrowy silnik rotacyjny Woolf , zaprojektowany przez Glenfielda i Kennedy'ego z Kilmarnock i zbudowany przez Teasdale Bros, pod kierunkiem T&C Hawksley , Civil Engineers, Londyn.
  • Silnik z wiązką obrotową Boultona i Watta (typ słoneczny i planetarny) w Narodowym Muzeum Szkocji (1786). Praca okazjonalna przez pneumatykę
  • Silnik Caprington Colliery Newcomen w Narodowym Muzeum Szkocji . Sporadyczne prace przy pneumatyce.
  • Muzeum Henry Forda (Dearborn, Michigan, USA) - Fairbottom Bobs , silnik Newcomena z lat 60. XVIII wieku.
  • London Museum of Water & Steamie (Brentford, Londyn, Anglia) - pięć „Cornish” silniki (w pierwotnej lokalizacji), z których cztery są sprawne, razem z dwoma operacyjnych obrotowy silników belki (w muzeum), w tym największego pracy „Cornish” na świecie silnik z 90-calowym (2286 mm) cylindrem.
  • Western Springs Water Works (Auckland, Nowa Zelandia) – podwójny silnik Woolf z 1877 roku. W oryginalnym miejscu, odrestaurowany i sprawny, wokół którego wybudowano Muzeum Transportu i Techniki. Renowacja Pompowni i oryginalnej chaty inżynierów została nagrodzona Nagrodą Zasługi 2009 w ramach programu UNESCO Asia-Pacific Heritage Awards for Culture Heritage Conservation.

Zobacz też

Bibliografia

Bibliografia

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki