고속 증기 기관

High-speed steam engine
1988년에 설치된 Late Ashworth and Parker 발전 세트
다이렉트 커플링 발전기가 장착된 초기 수평 엔진

고속 증기 엔진은 정지된 증기 엔진의 최종 개발 중 하나였다.그들은 발전 [2]등의 작업에 필요한 수백 [1]rpm의 고속으로 달렸습니다.

특성의 정의

1900년경 피터 브라더후드 엔진으로, 선내 발전을 위해 영국 해군에 공급되었습니다.

이들에는 주로 다음 두 가지 특징이 있습니다.

  • 고속.
이는 벨트로 가속 구동할 필요 없이 소형 발전기를 직접 구동하기에 충분합니다.
  • 정확한 속도 조절
발전기에 의한 생성은 부하가 변화하더라도 안정적인 출력 전압을 위해 안정적인 회전 속도를 필요로 합니다.교류 발전기를 구동할 때 출력 주파수도 안정적인 회전 속도에 의존했습니다.

이 결과, 다수의 2차적 특성이 발생하였습니다.이는 유형에 따라 정의되지 않았거나 항상 해당되었지만, 눈에 띄게 일반적이었습니다.

  • 고속 주행에 필요한 윤활 기능 향상
이는 종종 오일 섬프가 있는 밀폐형 크랭크케이스와 '스플래시' 또는 링 오일러로 윤활하는 방식을 사용했습니다.일부는 엔진 구동 오일 펌프와 순환 시스템을 갖추기까지 했다.
  • 작고 단단한 주철 프레임으로 대형 정지 엔진의 일반적인 복잡한 석조 기초가 필요하지 않습니다.
  • 단동 실린더
크랭크케이스가 윤활에 더욱 중요해질수록 증기 압력을 실린더의 한쪽에만 가하면 레이아웃이 더 간단해졌습니다.두 번째 장점은 증기의 힘이 피스톤의 한쪽에만 있기 때문에 베어링에 가해지는 힘은 스트로크를 통해 계속 변화하지만 더 이상 방향을 [i]반전시키지 않는다는 것입니다.이렇게 하면 [3]고속에서의 베어링 기울기의 영향을 줄일 수 있습니다.

도시 전체에서 가장 큰 [ii]발전소의 발전에는 고속이 필요하지 않았다.이 식물들은 필연적으로 컸기 때문에 많은 기둥 조각이 있는 큰 직경의 동력기를 사용할 수도 있었다.이를 통해 낮은 회전축 속도에 필요한 선형 속도(극/시간)를 얻을 수 있었습니다.

이러한 엔진은 단순 또는 복합 작동 사이클로 생산되었습니다.좋은 규제 달성의 어려움이 복합화의 효율성보다 더 크기 때문에 작은 예는 대개 간단했다.고속 엔진은 [1]낭비가 심하다는 평판을 얻었다.대형 엔진의 경우 연료비를 절감할 수 있었고 윌란스 엔진과 같은 복합 설계가 사용되었습니다.

그들은 또한 다양한 밸브를 사용했다.슬라이드 또는 피스톤 밸브의 예는 일반적이었다.다기통 단동 엔진은 일반적으로 실린더 사이에 또는 실린더 [1]위에 있는 두 실린더 사이에 하나의 피스톤 밸브를 공유했습니다.

이러한 밸브를 구동하는 밸브 기어는 일반적으로 단순하며, 단일 편심기는 상당히 일정한 부하에 대해 한 방향으로만 한 속도로 작동하도록 설계되었습니다.이러한 엔진은 콜리스와 같은 정교하고 효율적인 밸브 기어와 동시대에 사용되었지만,[3][4][5] 이러한 트립 밸브는 충분히 빠르게 작동할 수 없었다.

컴팩트한 프레임을 보여주는 일반적인 수평 엔진
Belliss & Morcom 1기통 엔진

'자동'

Ames 자동 조속기, 원심 보브 웨이트 및 리프 스프링 포함

고속 증기 엔진의 핵심 요건은 빠르게 변화하는 부하에서도 일정한 속도를 정확하게 제어하는 것이었습니다.원심 조속기를 통한 증기 엔진의 제어는 와트로 거슬러 올라가지만, 이 제어는 부적절했습니다.이 초기 거버너들은 엔진으로 가는 증기의 흐름을 제어하기 위해 스로틀 밸브를 작동시켰다.따라서 전력 생산에 필요한 일정한 속도에 대한 응답성이 불충분합니다.

고속 증기 엔진용으로 개발된 솔루션은 "자동" 조속기였습니다.증기 유량을 조절하는 대신 [6][7]흡기 밸브의 타이밍이나 '차단'을 조절했습니다.이 거버너는 밸브 기어를 구동하는 크랭크축과 편심 사이에 삽입됩니다.그것은 종종 엔진의 플라이휠의 일부로 만들어졌다.가바나 내의 원심 보브 웨이트가 스프링에 대해 속도가 증가함에 따라 이동했습니다.이로 인해 편심기의 위치가 크랭크를 기준으로 이동하면서 밸브 타이밍이 변경되고 조기 차단이 발생합니다.이 컨트롤은 스로틀 밸브의 긴 파이프를 통과하지 않고 실린더 포트에서 직접 작동하므로 매우 빠르게 작동할 수 있습니다.

윤활제

밀폐형 크랭크케이스 스플래시 윤활

오일 스플래시 윤활이 있는 밀폐형 엔진 섹션

스플래시 윤활: Ideal(오픈 크랭크 수평 엔진)[8]과 같은 첫 번째 고속 엔진의 윤활은 이전에 중속 정지 엔진에 널리 보급되었던 오일 컵 시스템의 발달에 의해 윤활되었습니다.오일 컵과 멀티 포인트 윤활기는 오일 샤프트 베어링을 충분히 잘 사용할 수 있으며, 심지어 가장 부주의한 엔진 드라이버나 오일러도 하나의 시야 유리를 관찰할 수 있습니다.문제는 고속 엔진에서는 크로스헤드나 커넥팅 로드와 같은 움직이는 부품에 더 이상 오일을 장착할 수 없다는 것이었습니다.이곳의 모든 오일 저장고는 이동에 의해 회전할 것이고, 그렇게 작은 저장고는 좁은 공간에서 많은 작업을 하는 엔진에 불충분할 수도 있다.따라서 오일 주입의 철저성에 더욱 주의를 기울였고, 메인 베어링과 같이 회전하지만 움직이지 않는 오일 공급 장치에서 크랭크축을 천공하여 크랭크핀과 같은 가동 부품을 공급했습니다.원심력은 오일을 [8]분배하는 데도 사용되었습니다.고속 엔진에는 보통 윤활기가 한두 [iii]개밖에 없기 때문에 엔진 손질이 더 단순하고 단순한 부주의로 인한 고장과 윤활기 드라이 작동에 덜 취약했습니다.

단동 엔진

2기통 단동 수직 엔진으로 크랭크케이스가 밀폐되어 있습니다.거버너가 크랭크케이스 내부에 보일 수 있습니다.

속도가 증가함에 따라 고속 엔진은 크랭크케이스가 폐쇄된 다기통 수직 엔진으로 발전했습니다.단동 피스톤을 사용하는 경향도 있었습니다.이 방법에는 두 가지 장점이 있습니다. 즉, 냉각에도 도움이 되는 크랭크케이스 내부의 넉넉한 '스플래시' 시스템을 통해 윤활을 제공할 수 있다는 점과, 둘째, 단동 엔진의 힘이 항상 피스톤 로드 및 커넥팅 로드를 따라 압축력과 같은 방식으로 작용한다는 점입니다.이는 베어링의 간극이 상대적으로 느슨하더라도 베어링은 항상 단단히 고정된다는 것을 의미합니다.느슨한 베어링, 즉 자유 주행이 허용될 수 있습니다.이러한 엔진의 예로는 2기통 웨스팅하우스 [9]엔진이 있습니다.이러한 엔진은 오늘날의 내연기관에서 사용되는 트렁크 피스톤을 사용했습니다. 이 피스톤에서는 별도의 크로스헤드가 없고 커넥팅 로드의 피스톤 핀이 피스톤 자체 내에서 위로 이동됩니다.매우 콤팩트한 레이아웃을 제공하지만 단동 피스톤이 필요합니다.이 엔진의 메인 크랭크축 베어링에는 크랭크케이스 섬프로 배출되는 별도의 오일이 제공되었습니다.크랭크케이스 오일이 응축된 증기의 물과 피스톤의 블로바이로 오염되는 것으로 확인되었습니다.딥 섬프 바닥의 오일 아래에서 수집된 응축수를 배출하기 위한 밸브가 제공되었습니다.

복동 엔진 및 압력 윤활의 발명

엔진 베어링의 압력 윤활에 대한 중요한 개념은 고속 증기 엔진에서 시작되었고 지금은 내연기관의 중요한 부분입니다.이는 윤활 시스템으로서 신뢰성이 높고 더 큰 부하를 지지할 수 있는 유압 베어링('오일 웨지')을 사용할 수 있습니다.최초의 특허는 1890년 벨리스&모콤의 드래프트맨 알버트 찰스 페인(Albert Charles [3]Pain)의 작품에서 나왔다.Belliss & Morcom은 주어진 동력에서 가능한 가장 작은 엔진을 생산하기 위해 복동 실린더를 선호했다.; Peter Brotherhood와 같은 그들의 주요 시장 중 하나는 군함 엔진룸의 경계에서 사용하기 위해 영국 해군에 발전기 세트를 공급하는 것이었다.복동 엔진의 어려움은 커넥팅 로드 내 힘의 방향이 압축과 장력 사이에서 역전되므로 베어링 간극이 덜컹거리지 않도록 조여야 한다는 것이었습니다.Belliss와 Morcom은 20bhp의 2기통 엔진을 625rpm으로 개발했습니다.이 엔진은 소형 개별 오일 펌프를 사용하여 크랭크축에 길게 구멍을 뚫어 크랭크 베어링에 압력을 가하여 오일을 공급합니다.이를 통해 안정적인 윤활과 냉각이 제공되었고 오일막의 압력은 자유 [10]주행이 가능하도록 충분한 간극이 있는 복동 엔진을 사용할 수 있었습니다.

「 」를 참조해 주세요.

메모들

  1. ^ 동일한 일관된 힘의 방향은 2행정 내연기관의 특징이지만 4행정 내연기관의 특징은 아니다.
  2. ^ 이들 중 첫 번째 발전소는 국내 전기 공급이 대중화되기 몇 년 전에 가로등이나 전기 트램을 위해 생산되었다.
  3. ^ 실린더 내부에서 사용되는 증기 오일은 특히 증기 공급이 과열된 경우 베어링 오일과 등급이 다른 경우가 많습니다.

레퍼런스

  1. ^ a b c High Speed Steam Engine. Scientific American Reference Book: a Manual for the Office, Household and Shop (Leather Bound). Scientific American. 1921., 400 ~ 1,200 rpm
  2. ^ Kennedy, Rankin (1912). The Book of Modern Engines and Power Generators. Vol. IV (1912 edition of 1905 book. ed.). London: Caxton. pp. 195–215.
  3. ^ a b c "High-Speed Steam Engines". 20 December 2005.
  4. ^ Hawkins, Nehemiah (1897). New Catechism of the Steam Engine. New York: Theo Audel.
  5. ^ Dalby, William Ernest (October 2008). Valves and Valve Gear Mechanisms. ISBN 9780559366307.
  6. ^ Hawkins, 증기 엔진의 새로운 교리문답, 페이지 100–101.
  7. ^ Kennedy, Rankin (1903). Production of Electrical Energy, Prime Movers, Generators and Motors. Electrical Installations. Vol. III (1903 edition (five volumes) of pre-1903 four volume ed.). London: Caxton. pp. 78–80.
  8. ^ a b 호킨스, 증기기관의 새로운 교리문답, 105페이지
  9. ^ Hawkins, 증기 엔진의 새로운 교리문답, 페이지 110–113.
  10. ^ Storer, J.D. (1969). "11: High-Speed Steam Engines". A Simple History of the Steam Engine. John Baker. pp. 155–156. ISBN 0212-98356-3.

추가 정보

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