Двигатель Масгрейва без мертвой точки - Musgrave non-dead-centre engine

Park Street Mill двигатель в Болтонский паровой музей
Вид сверху на Park Street Mill двигатель. Слева расположен больший (низкого давления) цилиндр.

Масгрейва не мертвая точка двигатель был стационарный паровой двигатель необычного дизайна, призванного решить проблему остановки на мертвая точка. Он был спроектирован в 1887 году как судовой двигатель. В нем использовалась пара связанных цилиндров, чтобы предотвратить остановку двигателя в положении, в котором не может быть приложено вращающее усилие. Известно, что по крайней мере один двигатель выжил.

Мертвые точки

'мертвая точка 'из поршневой двигатель с чудаки это когда поршень находится в точный вверх или вниз хода, и поэтому поршень не может оказывать никакого крутящего момента на коленчатый вал. Если паровой двигатель останавливается в мертвой точке, перезапуск из этого положения невозможен.

Для этого было применено несколько решений. Один из самых простых - попытаться не останавливаться в этом положении, самый грубый - применить сильную руку с ломом, чтобы немного перевернуть двигатель. Маленький пар за исключением двигателей также использовались для отвода двигателя от мертвой точки перед запуском. Если двигатель имеет несколько цилиндров, большинство их геометрических форм устроено так, что все цилиндры никогда не находятся в мертвой точке вместе, и поэтому один из них всегда можно использовать для запуска.

Решение Масгрейва было более сложным: использование двух цилиндров, дополнительных шатун связи и геометрия чтобы избежать проблемы.

Мертвая точка редко является проблемой для двигателей внутреннего сгорания, поскольку они обычно требуют проворачивания коленчатого вала, чтобы обеспечить сжатие цилиндра, и поэтому не пытайтесь самостоятельно запускаться с места. Некоторые большие стационарные дизельные двигатели, в которых использовался пусковой механизм со сжатым воздухом, страдали от проблемы мертвой точки и поэтому использовали небольшое руководство. Запретная передача.

Геометрия

По внешнему виду двигатель напоминает 'параллельный близнец 'с двумя вертикальными цилиндрами и одним коленчатым валом между ними, но установленным перпендикулярно линии цилиндров и имеющим одну шатунную шейку.

Параллельный сдвоенный двигатель с таким количеством цилиндров в любом случае самозапускается из мертвой точки (при условии, что коленчатый вал находится под углом 90 °).

Геометрия в эксплуатации больше похожа на Ви-твин двигатель. Два цилиндра работают вместе, но один опережает другого на прибл. 30 °. Разница в этом случае состоит в том, что цилиндры больше не находятся прямо на одной линии с коленчатым валом и поэтому используют шатун как форму колокол. Если один цилиндр находится в мертвой точке, другой будет от него на величину этого угла.

V-образный твин обладал бы всеми преимуществами двигателя Масгрейва, но для этого потребовалось бы только два простых шатуна. Цилиндры больше не будут параллельны, но это далеко не непрактично в производстве, как было продемонстрировано еще ранее. диагональный двигатель.

Шатун

Два цилиндра соединены с одной шатунной шейкой через сложную шатун четырех отдельных звеньев и жесткой точки крепления к раме и цилиндрам.[1]

Главный шатун представляет собой большую треугольную раму, которая приводится в движение обоими цилиндрами и приводит в движение шатунную шейку. Благодаря разность фаз между цилиндрами, эта рама наклоняется вперед и назад при вращении двигателя, и поэтому цилиндр крейцкопфы ведите его через два коротких шатуна, позволяя некоторое движение из стороны в сторону.[2] Большой качающийся рычаг, прикрепленный к раме двигателя, удерживает шатун примерно по центру. На Двигатель Болтона, этот рычаг проходит мимо рамы и используется для управления воздушный насос конденсатора.

Сходства с игом Росс

Похоже, что подобный механизм был изобретен независимо гораздо позже. Это Росс иго, изобретенный Энди Росс для использования с Двигатели Стирлинга.[3] Пара параллельных цилиндров, один для поршня (приводной), другой, содержащий (ведомый) вытеснитель, соединяются так, что они перемещаются вперед и назад с подходящим фазовым сдвигом между ними.

История

Судовые двигатели

Конструкция двигателя возникла у W.Y. Флеминг и П.Фергюсон, морские инженеры Глазго, в 1887 г.[1] Он был предназначен для использования в качестве судовой двигатель, и как минимум 23 были поставлены судостроителям, которым требовались компактные двигатели, подходящие для ограниченного пространства в машинных отделениях.[4]

Стационарные двигатели

Джон Масгрейв и сыновья Металлургического завода Земного шара, Болтон был заводским заводом-изготовителем двигателей, снабжающим местные хлопчатобумажные фабрики. Он лицензировал дизайн в 1892 году, а затем запатентовал дальнейшие улучшения в 1893 году.[1][5]

Масгрейв построил до 50 таких двигателей, самый крупный из которых - 1500.ihp с четырехкратное расширение работающий. Десять из этих четырехцилиндровых двигателей расширения были построены, остальные в основном были двухцилиндровыми. составные двигатели, как Park Street Mill двигатель.[1] Используемые более крупные двигатели Клапаны Corliss.[6]

Механизм без мертвой точки также выравнивает мощность при вращении кривошипа, что делает его пригодным для привода динамо-машин для выработки электроэнергии. Двигатель также имел относительно высокую скорость для своего времени, что позволяло напрямую управлять динамо. Для выработки электроэнергии был установлен клапанный двигатель Corliss мощностью 500 л.с. Саутпорт.[7]

Плакат в Научный музей рекламирует двигатели на «патент Флеминга, Фергюсона и Диксона». Это двухцилиндровые составные двигатели с одним поворотным клапаном на цилиндр (как для Park Street Mill ) и предлагаются в диапазоне от 8 до 250ihp и со скоростью от 160 до 250 об / мин.[5][8] Их рабочее давление не указано, но на том же плакате также предлагается Котлы Ланкашир до 200psi.

Все эти двигатели имеют прочную конструкцию с большим чугун рамы с цилиндрами В ролях как одно целое с ними. В Park Street Mill двигатель выполнен из двух больших отливок, скрепленных болтами по центральной плоскости и с проходами для пара. полый прямо в отливки.

В крейцкопфы модели тапочек. Эта конструкция имеет асимметричные опорные поверхности и поэтому лучше поддерживает силы, когда двигатель вращается в одном направлении, чем в другом. Они обычно встречаются на стационарных двигателях, которые не нужно реверсировать. Однако в конструкции Масгрейва две направляющие обращены друг к другу, и поэтому одна из них всегда будет работать «наоборот» по сравнению с обычной практикой.

Патенты

Сохранившиеся примеры

Park Street Mill

Известно, что выжил только один двигатель Масгрейва без мертвой точки, который сейчас хранится в Болтонский паровой музей как часть Моторное общество Северного завода коллекция.[10][11][12] В дни пара эти двигатели (или, по крайней мере, некоторые) можно увидеть в действии. Коллекция также включает два других двигателя, построенных Масгрейвом, которые не являются двигателями без мертвой точки, но намного меньше за исключением двигателей.

Модели

На выставке представлена ​​небольшая модель двухцилиндрового составного двигателя.[5]
В 2009 г. Модельер серийно построили двигатель Масгрейва из отливок, поставленных немецкой фирмой Lothar Matrian.[5]

Рекомендации

  1. ^ а б c d Хиллз, Ричард Л. (1989). Питание от Steam. Издательство Кембриджского университета. С. 246–247. ISBN  0-521-45834-X.
  2. ^ «Двигатель без мертвой точки в движении» (видео). Моторное общество Северного завода.[постоянная мертвая ссылка ]
  3. ^ Энди Росс (изобретатель). "Двигатель Стирлинга с ярмом Росс" (анимированная диаграмма).
  4. ^ Уоткинс, Джордж (1978). Паровая машина в промышленности, Том 1. Издательство Морланд. С. 115, 117. ISBN  0-903485-65-6.
  5. ^ а б c d Конрад, Карл (апрель 2009 г.). «Двигатель Масгрейва без мертвой точки». Модельер. 202 (4350).
  6. ^ Насмит, Дж. (1900). Хлопок Мил Строительство. (рисунок показан на Холмы, энергия пара )
  7. ^ Вудворд, Г. (май 1993 г.). «История однофазной распределительной системы высокого напряжения». Proc. IEEE. 140 (3): 207–214. Дои:10.1049 / ip-a-3.1993.0032.
  8. ^ "Паровозы Масгрейва, плакат Музея науки" (плакат).
  9. ^ а б Холмы, мощность пара, гл.13 исх.27
  10. ^ «НДЦ Моторного общества Северного завода». Моторное общество Северного завода.
  11. ^ "Моторное общество Северного завода". Моторное общество Северного завода.
  12. ^ Пиллинг, Филип В. (1990). "Моторное общество Северного завода" (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-07-18. Получено 2009-07-04.