Forum www.timberships.fora.pl Strona Główna www.timberships.fora.pl
Forum autorskie plus dyskusyjne na temat konstrukcji, wyposażenia oraz historii statków i okrętów drewnianych
 
 FAQFAQ   SzukajSzukaj   UżytkownicyUżytkownicy   GrupyGrupy   GalerieGalerie   RejestracjaRejestracja 
 ProfilProfil   Zaloguj się, by sprawdzić wiadomościZaloguj się, by sprawdzić wiadomości   ZalogujZaloguj 

Okrętowe maszyny parowe
Idź do strony Poprzedni  1, 2, 3, 4  Następny
 
Napisz nowy temat   Odpowiedz do tematu    Forum www.timberships.fora.pl Strona Główna -> Okręty wiosłowe, żaglowe i parowo-żaglowe / Artykuły tematyczne
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
kgerlach
Administrator



Dołączył: 20 Lip 2010
Posty: 5316
Przeczytał: 2 tematy


PostWysłany: Nie 9:14, 22 Sie 2010    Temat postu:

5. SILNIK WIEŻOWY, SILNIK WODZIKOWY (steeple engine = silnik wieżowy, silnik iglicowy; crosshead engine = silnik wodzikowy, krzyżulcowy; machine en clocher = silnik w dzwonnicy)

Jedne z najgorszych, ponieważ najbardziej niejednoznacznych - a przez to mylących - określeń typu maszyny parowej. Nazwa silnika wieżowego zwraca uwagę na wysoką konstrukcję, przypominającą wieżyczkę czy dzwonnicę, którą mogły mieć (i miały) maszyny o wielu różnych sposobach działania, z kolei nazwa silnika wodzikowego odnosi się do wyposażenia w wodzik, co znowu charakteryzowało ogromną gamę przeróżnych jednostek napędowych. Na dodatek angielskie crosshead to zarówno wodzik, jak (przede wszystkim!) krzyżulec, więc właściwie trudno byłoby znaleźć tłokowy silnik parowy, który by tu nie pasował.
W rezultacie, studiując poważną literaturę anglosaską można dojść do zadziwiającej konkluzji, że wprawdzie angielski konstruktor David Napier wynalazł silnik wieżowy na początku lat 1830. i zastosował po raz pierwszy w 1834 r., to maszyny tego typu były szczególnie chętnie używane już na amerykańskich jednostkach rzecznych pionierskiego okresu, poczynając od North River Steamboat Fultona z 1807 r., czyli na 23 lata przed wynalezieniem!
Mimo wszystko te określenia były i są używane, trudno więc je zignorować. Zacznijmy zatem od wyeliminowania z rozważań maszyn najbardziej zasługujących na miano „wieżowych”, czyli wspominanych już przeze mnie silników ze „spacerującym” wahaczem (walking beam engines), których wieżowe konstrukcje nośne do podtrzymywania łożysk umieszczonego wysoko w górze balansjera potrafiły przekraczać 20 metrów wysokości (budynek czteropiętrowy!). Mimo takiej budowy, nazwa „wieżowe” ich nie objęła.
Pozostałe mają jedną cechę wspólną – krzyżulec kończący tłoczysko nie był prowadzony prostoliniowo za pomocą równoległowodu Watta, lecz został wyposażony w ślizgowe powierzchnie wodzące (wodziki) przesuwające się w górę i w dół szczelin (prowadnic) usytuowanych w rozmaitych pionowych konstrukcjach nośnych, też przypominających wieżyczki, iglice czy wieże dzwonnic. Dość znaczna wysokość tych elementów podyktowana była chęcią uzyskania długich korbowodów, z powodów kinematycznych i dynamicznych, których wagę wyjaśniałem wcześniej. Jeśli brać pod uwagę tylko owe nośniki prowadnic wodzików, które na wielu pierwszych amerykańskich statkach rzecznych do złudzenia przypominały szubienice, można rzeczywiście zaliczyć do tej grupy maszyn sporo silników zupełnie różnych konstrukcji, jak np. silniki z wahaczami kątowymi z parostatków Fultona (parowca próbowanego na Sekwanie już w 1803, statku North River Steamboat z 1807), jak na rys. 31, zapewne podobny z bocznokołowca Walk-in-the-Water z 1818 r., czy silniki bezwahaczowe z powrotnymi korbowodami, jak na statkach Chancellor Livingston (1815 albo 1816), Fulton z 1813, Eagle z 1813, Phoenix, New York i szeregu innych.
Ta ostatnia odmiana miała już najważniejszą cechę „prawdziwych” silników wieżowych, czyli ustawienie cylindra z tłoczyskiem i krzyżulcem oraz wałów napędowych w jednej pionowej płaszczyźnie – rys. 35.


Rys.35. Silnik „wieżowy”, który był już nie tylko „wodzikowy” w sensie prowadzenia wodzików krzyżulca w pionowych prowadnicach, ale na dodatek boczne drągi powracające w dół od krzyżulca nie napędzały teraz żadnych wahaczy, które dopiero łączyłyby się z idącymi w przód lub w tył korbowodami, lecz właśnie SAME BYŁY KORBOWODAMI przekazującymi napęd na wały kół łopatkowych. (Proporcje długości i grubości elementów są tu idiotyczne – korbowody powinny być znacznie grubsze i dłuższe, lecz chodziło mi o oszczędność miejsca i czasu, a idea jest chyba wystarczająco jasna).

Taka konstrukcja miała dwie wielkie zalety – skracała miejsce zajmowane przez silnik na statku (mierząc wzdłuż osi jednostki) i obniżała masę (przez pozbycie się balansjerów). Charakteryzowała się też poważną wadą – była wysoka, z wysoko położonym środkiem ciężkości, a jeśli chciano zastosować jeden wspólny wał korbowy do napędu obu kół łopatkowych, ta wada jeszcze się potęgowała – rys. 36.


Rys.36. Angielski silnik zarazem „wodzikowy” (crosshead-engine), jak „wieżowy” (steeple engine) z końca lat 1830. Napęd z cylindra 1 wyposażonego w komorę zaworową 2 przekazywany jest przez tłoczysko 3 na krzyżulec 4. Ten ostatni wodzony jest prostoliniowo za pomocą płaszczyzn ślizgowych poruszających się w pionowych prowadnicach montowanych na bokach 5 drewnianej konstrukcji nośnej w kształcie wieży. Idące od krzyżulca korbowody 6 o tzw. ruchu powrotnym (tzn. tłoczysko przekazuje napęd na górę, a korbowody „wracają” z nim na dół) poruszają korbami 7, wprawiając wał napędowy 8 w ruch obrotowy. Przy okazji musi oczywiście występować wiele mechanizmów pomocniczych, jak np. drążki i dźwignie 10, które napędzają od krzyżulca pompę skroplinowo-powietrzną. Umieszczenie wału pod cylindrem wpływało na nadzwyczajną wysokość maszyny w ogóle, a nad pokładem – w szczególności.

Takie silniki miały świetny rozkład sił dynamicznych dzięki umieszczeniu cylindra, tłoczyska i wału w jednej płaszczyźnie pionowej oraz wyjątkowo długim korbowodom. Jednak usytuowanie prawie wszystkich mechanizmów ponad wałem kół łopatkowych, czyli niemal w całości ponad pokładem, było całkowicie dyskwalifikujące dla zastosowania na okrętach wojennych (gdzie rozbiłaby je pierwsza celna kula nieprzyjaciela), nawet gdyby zaniedbać bardzo podniesiony środek ciężkości.

Przywołany na początku tego „odcinka” David Napier uczynił ważny krok naprzód (1834 r.), właśnie dla obniżenia środka ciężkości silnika wieżowego, przeniesienia najważniejszych części pod wał, zmiany proporcji elementów wystających nad pokład do reszty, a wszystko bez wad konstrukcji amerykańskich z dzielonym wałem. Wymyślił mianowicie, aby nadać tłoczysku niestandardowy kształt, który pozwoliłby przeprowadzić przez jego środek wał korbowy i to w taki sposób, żeby mogło ono swobodnie poruszać się wraz z tłokiem w górę i w dół, nie dotykając wału. Dzięki temu cylinder mógł zawędrować całkiem w dół, pod wał, chociaż krzyżulec nadal wodzony był w prowadnicach wysoko w górze, pozwalając na użycie długich korbowodów powrotnych – rys. 37.


Rys.37. Silnik wieżowy typu opracowanego przez Davida Napiera (chociaż tu akurat w wykonaniu firmy Forrester & Co. dla statku Rainbow). Zaznaczone na czerwono tłoczysko ma górną część w postaci jarzma o kształcie bliskim trójkątowi, we wnętrzu którego swobodnie obraca się wał korbowy. Pomalowany na granatowo krzyżulec z wodzikami prowadzony jest prostoliniowo wzdłuż prowadnic obwiedzionych zielonym kolorem. Odchodzący z powrotem w dół („powrotny”) korbowód ma barwę żółtą.

Inni konstruktorzy podchwycili pomysł Napiera i powtarzali to rozwiązanie w różnych wariantach, zwłaszcza z rozmaitymi kształtami części tłoczyska obejmującej wał korbowy z korbami – ten element bywał np. eliptyczny. Dla jasności muszę przy okazji zwrócić uwagę, że pewni autorzy uważają ową część za fragment tłoczyska, niektórzy za samodzielne jarzmo, a są i tacy, co piszą wręcz o części krzyżulca (czy wodzika), lecz z konstrukcyjnego punktu widzenia nie ma to najmniejszego znaczenia.
Kolejnym rozwiązaniem tych samych problemów, preferowanym później przez wiele firm, w tym tak słynną jak Maudslay & Co., było zastosowanie dwóch (czasem czterech) prostych tłoczysk na jeden tłok, ale montowanych niecentralnie, tak by mijały wał korbowy z jednej lub drugiej strony, na dodatek poza strefą obrotu korb, przez co mogły znajdować się dużo bliżej wału – rys. 38.


Rys.38. Francuski silnik wieżowy („dzwonnicowy”) z czterema tłoczyskami, które po drodze w górę od tłoka mijają w jednych płaszczyznach wał korbowy, a w drugich korbę, co pozwala na nieskrępowany powrót korbowodu w dół i obracanie wałem. Identycznie działały silniki wieżowe z dwoma tłoczyskami na cylinder, przy czym wówczas pozostawiano tłoczyska 1 i 3 albo 2 i 4.

SILNIKI WIEŻOWE w opisanej postaci zyskały sporą popularność na bocznokołowych statkach cywilnych, gdzie ich długie korbowody dawały płynne obroty korby i redukowały zużycie łożysk. Przede wszystkim wykorzystywano takie maszyny na jednostkach rzecznych, znacznie rzadziej na pełnomorskich, a już zupełnie unikano ich (z uwagi na wysokość) na okrętach wojennych. Zniknęły PRAWIE całkowicie wraz z zanikiem napędu bocznokołowego, ale wcale nie oznacza to jakiejś szczególnie wczesnej daty. Wręcz przeciwnie, nawet jeszcze w 1891 r. armator London & North Western Railway Company wyposażył swoje bocznokołowce Violet i Lily, kursujące w poprzek Morza Irlandzkiego, w 9-cylindrowe SILNIKI WIEŻOWE potrójnego rozprężania pary (zatem dwie generacje później!), wykonane przez firmę Baird Brothers z Birkenhead i rozwijające moc 4200 koni indykowanych.
Pionowych silników wieżowych niemal nigdy nie używano na śrubowcach. Istniała jednak odmiana „z odwróconymi cylindrami”, zwana młotową, czy stęporową (tłuczkową), w której cylinder umieszczony była na samym szczycie, tłoczyska odchodziły w dół, a korbowód powracał od krzyżulca (wodzika) w górę, by obracać wałem umieszczonym między cylindrem a krzyżulcem. Niezwykle rzadko takie silniki trafiały się na statkach napędzanych śrubą.

Dlaczego jednak poświęciłem w tym cyklu tyle uwagi konstrukcji, która praktycznie nie nadawała się do wykorzystania w marynarkach wojennych? Otóż jeżeli taką maszynę parową położymy na boku, otrzymamy POZIOMY SILNIK Z POWROTNYMI KORBOWODAMI, jedno z NAJPOPULARNIEJSZYCH rozwiązań na śrubowo-żaglowych okrętach bojowych do końca epoki jednostek drewnianych, a nawet jeszcze sporo dłużej! Większość konstruktorów, użytkowników, ówczesnych oraz współczesnych autorów nie uważała i nie uważa przewróconej wieży za wieżę, iglicę czy dzwonnicę, stąd podkreśla się w nazwie tylko „powrotny” charakter korbowodów. Lecz są tacy, którzy z uwagi na analogię konstrukcyjną nie wahają się posługiwać nazwą „wieżowy” także w odniesieniu do tych maszyn, należy więc rozumieć powody i etymologię. Na przykład Donald L. Canney uważa, że poziomy, dwucylindrowy silnik z powrotnymi korbowodami, zainstalowany na amerykańskiej fregacie śrubowej Wabash z 1855 r., był wieżowym (steeple) – charakteryzował się on wielkimi, eliptyczno-trójkątnymi jarzmami mocowanymi do tłoczysk i otaczającymi wał korbowy razem z korbami – rys. 39.


Rys.39. Silnik poziomy z amerykańskiego okrętu wojennego Wabash o napędzie śrubowym. Czerwone tłoczysko zakończone jest po prawej eliptyczno-trójkątnym jarzmem otaczającym wał razem z całym wykorbieniem. Od granatowego krzyżulca (wodzika) – zaznaczonego linią kreskową – wracają do wału korbowego dwa żółte korbowody (widać jeden, ponieważ drugi znajduje się w tej samej pozycji po przeciwnej stronie jarzma).

Krzysztof Gerlach
CDN
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
kgerlach
Administrator



Dołączył: 20 Lip 2010
Posty: 5316
Przeczytał: 2 tematy


PostWysłany: Śro 17:57, 25 Sie 2010    Temat postu:

6. SILNIK TYPU „GORGON” („Gorgon” engine)

Ten typ maszyny parowej rozwinięto, podobnie jak poprzednio omówione, z myślą o napędzie bocznokołowców. Jednak w tamtych napęd z tłoczyska był przekazywany na korbowód za pośrednictwem balansjera górnego, wahaczy bocznych o różnej postaci czy jarzma, a tu przechodził całkowicie bezpośrednio.
Oczywiście dla dzisiejszego mechanika, przyzwyczajonego do klasycznego wyglądu rzędowego, pionowego silnika spalinowego, w którym cylindry są na górze, idące w dół korbowody łączą od razu tłoki z korbami położonego najniżej wału korbowego, taki układ wydaje się naturalny i wszelkie OD NIEGO odstępstwa opisuje odrębnymi nazwami (boxer, silnik widlasty itp.). Ale HISTORYCZNIE było zupełnie inaczej. Dla ówczesnych mechaników naturalne położenie cylindra to przyleganie do płyty fundamentowej na samym dole, z tłoczyskiem wychodzącym pionowo w górę. Stąd inne pozycje zyskiwały specjalne nazwy, jak ukośna, pozioma, czy – szczyt nienaturalności, z odwróconymi „do góry nogami” cylindrami wiszącymi w górze nad całą resztą – młotowa, stęporowa, tłuczkowa. Dla mechaników z pierwszej połowy XIX w. naturalny był parowy silnik dwustronnego działania z prostym tłoczyskiem poruszającym się razem z tłokiem ruchem posuwisto-zwrotnym, zatem wszelkie patenty pozwalające zrezygnować z tłoczyska bez rezygnacji z dwustronności działania (o których będzie wiele mowy później) wymagały szczególnych określeń typów. Dla mechaników z pionierskiego okresu instalowania napędu mechanicznego na jednostkach morskich, absolutnie naturalne przekazanie ruchu z tłoczyska (z kończącego go krzyżulca) na korbowód polegało na użyciu balansjerów lub innych konstrukcji pośredniczących, dla odsunięcia cylindrów od wału napędowego i dla wydłużenia korbowodów. W rezultacie podłączenie korbowodu wprost do krzyżulca, jak w silniku typu „Gorgon”, stanowiło sensację i spowodowało sformułowanie odrębnej nazwy, chociaż dziś wydaje się banalne i oczywiste.
Dość nieoczekiwany (w świetle ówczesnych doświadczeń i poziomu techniki) sukces tego rozwiązania przyczynił się do jego popularności i w efekcie do wykształcenia się całej grupy SILNIKÓW BEZPOŚREDNIEGO DZIAŁANIA DO NAPĘDU KÓŁ ŁOPATKOWYCH (direct-acting paddle engines, machines a bielle directe – jak później zobaczymy, w przypadku śrubowców określenie „bezpośredniego działania” miało zupełnie inne znaczenie). Dlatego poza Wielką Brytanią rzadko posługiwano się nazwą typu „Gorgon”, tylko pisano co najwyżej o pionowej odmianie maszyny bezpośredniego działania (machine verticale droite a bielle directe), nie bacząc na subtelności konstrukcyjne owego pionierskiego silnika, do którego szczegółów zaraz (czy w końcu) przejdę.

Wielka przestrzeń zajmowana przez standardowe w latach 1830. silniki boczno-balansjerowe i ich znaczna masa, skłaniały wielu konstruktorów do poszukiwania rozwiązań, które dałyby oszczędność na ciężarze i wymiarach, dzięki wyeliminowaniu tych wahaczy – o pomyśle parowej maszyny wieżowej, zwłaszcza w wersji Davida Napiera – już pisałem.
W dniu 19.01.1835 firma Seaward & Capel, produkująca od 1824 czy 1825 silniki okrętowe w zakładach Canal Ironworks w zakolu Tamizy zwanym Isle of Dogs, została zawiadomiona, że Royal Navy zawrze z nią kontrakt na dostawę dwóch kompletnych siłowni dla nowych bocznokołowców wojennych. Zamówienie faktycznie zostało złożone 24.11.1835.
Założyciel firmy John Seaward (1786-1858), współpracujący z bratem Samuelem Seawardem, zaprojektował silnik całkowicie odmienny od dominującego wówczas typu z bocznymi wahaczami. Stawiając sobie za cel redukcję masy i objętości, umieścił cylinder bezpośrednio pod wałem kół łopatkowych (wałem korbowym) i połączył tłoczysko z korbą tylko przez krótki korbowód (rys. 40).

[link widoczny dla zalogowanych]
Rys.40. Pochodzący z epoki, szeroko znany schemat silnika typu „Gorgon”, który tylko podkolorowałem i opisałem dla większej jasności.


Rys.41. Idea pracy pionowego silnika bezpośredniego działania do napędu kół łopatkowych. Tłoczysko „1” od razu łączy się z korbą „2” poprzez korbowód „3”. Na niebiesko zaznaczone drążki i dźwignie równoległowodu.

Pomimo że wysoko cenię prace Przemysława Urbańskiego muszę zaprzeczyć jego sugestii, jakoby „do powstania tej konstrukcji przyczyniło się najprawdopodobniej poszukiwanie rozwiązania spełniającego wymóg umieszczenia całego silnika poniżej linii wodnej, warunkującego [podkr. moje] jego zastosowanie na okrętach wojennych”. Teza ta jest podwójnie nietrafna – po pierwsze, na bocznokołowcach wał kół łopatkowych musiał ZAWSZE znajdować się wysoko ponad linią wodną, a zatem ŻADNA maszyna parowa napędzająca boczne koła łopatkowe nie mogła NIGDY znaleźć się W CAŁOŚCI pod LW. Jeśli zaś pominąć elementy łączące się bezpośrednio z tym wałem (czyli przede wszystkim korbowody, ewentualnie jakieś dziwaczne przekładnie zębate), to silnik boczno-balansjerowy mógł być DOKŁADNIE TAK SAMO niski jak maszyna opracowana przez Seawarda. Po drugie, WSZYSTKIE pierwsze parowce wojenne były kołowcami, a zatem WSZYSTKIE miały przynajmniej niektóre części silników wystające powyżej linii wodnej, i jakoś to NIE WARUNKOWAŁO ich wykluczenia z marynarki wojennej!

Seaward nie zastosował w silniku typu „Gorgon” ślizgów i prowadnic wodzika znanych z wieżowych maszyn parowych – dla zapewnienia prostoliniowego ruchu tłoczyska krzyżulec prowadzony był przez masywny, oryginalny mechanizm prostowodowy, zgodnie z ideą znaną z silników balansjerowych (rys. 42).


Rys.42. Wielofunkcyjny prostowód z silnika typu „Gorgon”. W przeciwieństwie do wcześniejszych równoległowodów Watta z maszyn balansjerowych, służył nie tylko do pionowego prowadzenia tłoczyska. Musiał przejmować naciski boczne oddziaływające na wał korbowy i tłoczysko w wyniku zastosowania zbyt krótkich korbowodów. Z braku wahaczy to on napędzał też pompę skroplinowo-powietrzną i pompę zasilającą.

Datę powstania projektu silnika Seawarda określa się na 1836 r., a datę realizacji pierwszej maszyny na rok 1837. Firma zgłosiła Admiralicji ukończenie montażu (najprawdopodobniej już na okręcie) 10.04.1838.
Ponieważ pierwszy egzemplarz zainstalowano na bocznokołowej fregacie Gorgon, ten typ maszyny stał się znany właśnie jako GORGON ENGINE, a nazwę tę przeniesiono również na silniki bezpośredniego działania innych wytwórców, jeśli miały podobne cechy.

Zarówno powszechne (w Wielkiej Brytanii) przyjęcie nazwy typu, jak i liczenie początku rozpowszechniania się takich silników od 1837 r. (daty wodowania okrętu Gorgon) wynikało nie tylko z szokującego nowatorstwa konstrukcji w porównaniu z typowymi wówczas silnikami boczno-wahaczowymi, lecz również (a może przede wszystkim) z faktu ogromnego sukcesu fregaty. Budowane do tej pory parowce, nawet te przeznaczone do ograniczonych działań bojowych, były małe, kilkudziałowe i nie klasyfikowano ich zgodnie z systemem przyjętym w marynarce wojennej. Gorgon przerastała je nieporównanie wielkością i uzbrojeniem. Fregata przeszła pomyślnie próby na Tamizie w czerwcu 1838 r., a na morzu – w lipcu, zyskując entuzjastyczne opinie, powtarzane też w trakcie późniejszej eksploatacji. Od razu została uznana za pełnowartościowy okręt wojenny. Te pochwały dotyczyły co prawda całej jednostki, a nie akurat jej maszynowni, lecz w rezultacie przyczyniły się do rozsławienia także silnika.
Trzeba sobie jednak wyraźnie powiedzieć, że chociaż często nazywa się maszynę parową z fregaty Gorgon pierwszym silnikiem bezpośredniego działania, to twierdzenie takie jest grubą nieścisłością. Po pierwsze William Symington już w 1802 r. zastosował na łodzi Charlotte Dundas podobny silnik do napędu koła łopatkowego (tyle że przy poziomo leżącym cylindrze). Ale w odmianie poziomej zużywał się bardzo szybko i był trudny w obsłudze, a brak sukcesu Charlotte Dundas nie pomógł też w zdobyciu popularności przez jej urządzenia napędowe. Poza tym, jeśli za kryterium „bezpośredniości” działania przyjąć połączenie krzyżulca (kończącego tłoczysko) wprost z wałem korbowym, to przecież tą samą cechą mogły się „pochwalić” silniki wieżowe, jeśli tylko umówić się, że ich jarzmo było częścią tłoczyska.

Oryginalny silnik fregaty Gorgon składał się właściwie z dwóch silników jednocylindrowych, wyposażonych niezależnie we wszystkie urządzenia pomocnicze, tyle że przyłączonych do dwóch sąsiednich korb jednego wału korbowego. Charakterystyczna była przysadkowatość i zwartość całego zespołu. Oczywiście wymuszone tą konstrukcją zastosowanie bardzo krótkich korbowodów (o długości tylko nieznacznie przekraczającej trzykrotną wartość promienia korby) powodowało wiele istotnych wad, w pewien sposób już przeze mnie sygnalizowanych – nierównomierność momentu obrotowego a przez to silną wibrację, przegrzewanie się panewek sworzni krzyżulców, sworzni mechanizmu prostowodowego i panewek czopów korbowodowych oraz ich nadmierne ścieranie. W takim rozwiązaniu wydłużenie korbowodów mogłyby nastąpić przy znacznym skróceniu skoku tłoka i promienia korby, lecz zysk z mniejszych kątów odchyleń korbowodów nie zrekompensowałby wzrostu działających sił wówczas sił.
Konstruktorzy pierwszego silnika typu „Gorgon” starali się zmniejszyć masę także przez odciążenie konstrukcji nośnej. Zamiast ciężkiej ramy żeliwnej z silników boczno-balansjerowych zastosowali osiem dość filigranowych kolumn z żelaza pudlarskiego, chociaż warto wspomnieć, że opierały się one na dwóch potężnych płytach fundamentowych.
Kolejną innowacją w silniku Gorgon było użycie oddzielnych zaworów wlotowych i wylotowych na obu końcach każdego z cylindrów (czyli łącznie po cztery na cylinder), w miejsce pojedynczego suwaka zamykającego i otwierającego dwa kanały pełniące na przemian rolę wlotowego i wylotowego. Takie rozwiązanie mocno komplikowało konstrukcję – zawory każdego cylindra były sterowane od pojedynczego mimośrodu za pomocą złożonego systemu dających się rozłączać cięgien i dźwigni – ale pozwalało na indywidualną regulację zaworów wlotowych i wylotowych oraz było korzystniejsze aerodynamicznie, gdyż trwałe rozdzielenie gorących kanałów dolotu świeżej pary od chłodniejszych kanałów wylotu pary zużytej zmniejszało straty na wstępne skraplanie.

Moc silnika fregaty Gorgon obliczano na 320 koni nominalnych. Jak wszystkie maszyny parowe do napędu kół łopatkowych był wolnoobrotowy, o maksymalnej prędkości obrotowej wału korbowego 18 lub 20 obr/min, przy czym w normalnych warunkach wykorzystywano zakres 11,5 do 13,5 obr/min. Na próbach silnik rozwinął moc indykowaną 800 koni. To, co najbardziej w nim jednak imponowało, to zwartość i lekkość. Oczywiście wszystko jest rzeczą względną, ten „uderzająco lekki” silniczek miał masę około 16 ton – oceniano jednak, że w stosunku do silnika boczno-wahaczowego o równej mocy oszczędność na masie wynosiła około dwie piąte, a na długości maszynowni około jednej trzeciej.
Rzecz jasna cała siłownia ważyła nieporównanie więcej. Łączna masa obu cylindrów z kompletnym wyposażeniem, czterech miedzianych kotłów płomieniówkowych, zbiornika wody i dwóch kół łopatkowych przekraczała 281 ton, ale to i tak było dużo mniej niż w przypadku tradycyjnych silników z bocznymi balansjerami i kotłami płomienicowymi.

Tak wielka oszczędność na masie i objętości, połączona z ogólnym sukcesem fregaty Gorgon, skłoniła Admiralicję brytyjską do zamówienia wielu silników typu „Gorgon”.
Jednak u mechaników okrętowych te jednostki napędowe nie wzbudzały entuzjazmu, ze względu na opisane wyżej konsekwencje używania bardzo krótkich korbowodów. W rezultacie silniki typu „Gorgon” nigdy nie były tak szeroko wykorzystywane, jak wcześniejsze maszyny boczno-wahaczowe.
Niezależnie od krytyki, silnik z bocznokołowej fregaty Gorgon rozpoczął okres ożywionych zmian w konstrukcji okrętowych maszyn parowych. Rywalizujące z Seawardami firmy zainspirowane zostały do rozwijania własnych silników bezpośredniego działania, łączących dużą moc ze względną lekkością i zwartością.
Nie ulega wątpliwości, że problemy z rozstrzygnięciem, które z silników bezpośredniego działania były jeszcze TYPU „GORGON”, a które stanowiły już nowe konstrukcje, przyczyniły się do bardzo dużych rozbieżności literaturowych na temat ich rozpowszechnienia.
Zdaniem Davida Browna wykonano zaledwie kilka maszyn parowych dokładnie typu „Gorgon”, natomiast Denis Griffiths i Edgar Smith uważali, że nie tylko sama firma Seaward & Capel dostarczyła je na wiele okrętów wojennych (w tym Alecto z 1839, Polyphemus z 1840, Driver z 1840, Sidon z 1846, Caradoc z 1847, Leopard z 1850), ale także inni producenci wytwarzali później silniki typu „Gorgon”. Basil Greenhill i Ann Giffard głosili pogląd o zbudowaniu bezpośrednio przez Seawarda nie mniej niż 16 takich jednostek napędowych dla Royal Navy, co zgadza się z wykazem podanym w 1855 r. przez Thomasa Maina i Thomasa Browna.

Inni producenci silników bezpośredniego działania do napędu kół łopatkowych (Fairbairn, Scott Sinclair, Miller, Napier, Watt, Rennie, Rigby, Fawcett, Maudslay, Forrester, Joyce, Bury) stosowali odmienne konstrukcje prostowodów, albo używali zamiast nich wodzików przy krzyżulcach, przestawiali pompę skroplinowo-powietrzną, rezygnowali z osobnych zaworów wlotowych i wylotowych, inaczej formowali główne krzyżulce, powiększali łożyska dla zwiększenia wytrzymałości oraz trwałości itd. Jest kwestią zapatrywań, a nie faktów, czy należy ich maszyny okrętowe nazywać „typu Gorgon” czy nie, więc zostawię to technicznym „filozofom”.

Na jednostkach cywilnych oszczędność miejsca i masy nie była tak dramatycznie potrzebna, aby dla niej godzić się z awaryjnością i zwiększonym zużyciem, więc dopiero zastosowanie silników ukośnych (rys. 43), w których można było wydatnie wydłużyć korbowody, przyniosło powszechną akceptację maszyn bezpośredniego działania – stały się one standardowymi silnikami okrętowymi na bocznokołowcach przybrzeżnych i zatrudnionych w żegludze promowej przez resztę XIX w. i potężny szmat wieku XX. Trafiały się też na ostatnich bocznokołowcach wojennych.


Rys. 43. Ukośny (diagonalny) silnik bezpośredniego działania.

Krzysztof Gerlach
CDN


Ostatnio zmieniony przez kgerlach dnia Nie 21:50, 06 Wrz 2015, w całości zmieniany 1 raz
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
kgerlach
Administrator



Dołączył: 20 Lip 2010
Posty: 5316
Przeczytał: 2 tematy


PostWysłany: Sob 11:38, 28 Sie 2010    Temat postu:

7. SILNIK SYJAMSKI (Siamese engine, twin-cylinder engine)

Była to odmiana silnika bezpośredniego działania, na tyle jednak oryginalna, że zyskała własną nazwę. Z tą nazwą jest zresztą pewien kłopot, ponieważ np. określenie twin-cylinder engine, które można by przetłumaczyć na „silnik o bliźniaczych cylindrach” (silnik bliźniaczy) wskazuje tylko na identyczność dwóch cylindrów, co przecież stanowiło wówczas cechę WSZYSTKICH silników dwucylindrowych używanych w praktyce na okrętach. Także mniemanie, że skoro silnik był syjamski, to może pochodził z Syjamu, byłoby całkowicie błędne. W rzeczywistości chodzi o okrętową maszynę parową, która NIE MOGŁA ISTNIEĆ w wersji jednocylindrowej, a więc taką, gdzie dwa cylindry były ze sobą nierozerwalnie zrośnięte, niczym syjamskie bliźnięta. Oczywiście konstruktorzy mieli w nosie nazwę, dążyli jedynie do osiągnięcia określonego skutku. Tak się jednak złożyło, że krótko przed pojawieniem się tego silnika, w Wielkiej Brytanii gościły słynne bliźniaki syjamskie Czang i Eng (1811-1874), które w tamtych czasach budziły światową sensację, więc skojarzenie nasunęło się samo.
Od momentu wprowadzenia silnika typu „Gorgon” jasne były uzyskane zalety, ale widziano też wady, których główną przyczynę upatrywano w za krótkich korbowodach, wychylających się pod zbyt dużymi kątami. Dlatego wiele firm tworzących własne wersje silników bezpośredniego działania prześcigało się w pomysłach, jak doprowadzić do wydłużenia korbowodów przy zachowaniu podstawowej charakterystyki maszyny typu „Gorgon”. Tak też było i w przypadku silnika syjamskiego. Opatentowała go w 1839 r. firma Maudslay, Sons & Field z Lambeth nad Tamizą.
Wspomniany cel osiągnięto tu przez zblokowanie cylindrów parami w taki sposób, że korbowody nie odchodziły od tłoczyska każdego cylindra, tylko wykorzystywano jeden wspólny korbowód na każdą parę tłoczysk, połączonych ze sobą na stałe wysoce oryginalnym elementem w kształcie litery „T”. Dopiero całkiem w dole tego elementu T-kształtnego znajdował się krzyżulec, dzięki czemu łożyskowany na nim korbowód mógł zaczynać się wręcz u spodu cylindrów, a nie daleko nad nimi! Przy niezmienionej pozycji wału korbowego oznaczało to oczywiście radykalne wydłużenie korbowodu (rys. 44).


Rys.44. Silnik syjamski.
Ruch tłoków w cylindrach parowych „1” przekładał się na ruch tłoczysk „2”. Jednak tłoczyska nie przekazywały od razu napędu na korbowody, lecz były połączone buraczkowym elementem centralnym w kształcie litery „T”. Element ten złożony został z dwóch płyt – „3a” i „3b”. Odpowiednią prostoliniowość ruchu elementu T-kształtnego zapewniały w górze zielone prowadnice „4” z prętów o prostokątnym przekroju, a w dole podobne prowadnice „5” dla ślizgowych płaszczyzn wodzika/krzyżulca. Do krzyżulca przyczepiony był korbowód „6”, który mógł się swobodnie przemieszczać między płytami „3a” i „3b”. Korbowód poruszał korbą „7” i za jej pomocą obracał wałem korbowym „8”. Oczywiście silnik syjamski, jak wszystkie inne, musiał zapewniać napęd podstawowych urządzeń pomocniczych. Rozrząd, przedstawiony na pomarańczowo, biegł od mimośrodu „9” na wale korbowym, poprzez układ dźwigniowo-cięgnowy „10” na drugą stronę cylindrów „1”, gdzie ostatecznie kończył się trzonem suwaka „11”. Suwak tłokowy krył się w komorze suwakowej „12”. Z niej, kanałami „13”, wprowadzał i wyprowadzał parę do/z cylindrów. Od dołu płyty „3b” biegł – zasłonięty tą płytą na rysunku – drążek odchodzący do góry w kierunku niewidocznego ramienia niebieskiej dźwigni „14”. Dźwignia „14” służyła w ten sposób do napędu pompy skroplinowo-powietrznej „16”, łącząc się z jej krzyżulcem „15” dodatkowymi niebieskimi cięgnami. Prostoliniowość ruchu krzyżulca „15” zapewniały zielone prowadnice „17” z prętów o przekroju okrągłym. Na żółto zaznaczyłem nieruchome podpory zapewniane przez złożony układ nośny silnika.

Silnik syjamski nie mógł występować w wersji jednocylindrowej, mógł być maszyną dwucylindrową, lecz zazwyczaj konstruowano go z dwóch par cylindrów, czyli jako czterocylindrowy, chociaż tylko dwukorbowy. Z uwagi na przeznaczenie (do napędu kół łopatkowych) był to silnik wolnoobrotowy. Mimo tego, jeden z pierwszych brytyjskich okrętów śrubowych, HMS Rattler z 1843 r. – znany nawet osobom mało się interesującym tym okresem historii żeglugi, z uwagi na widowiskowe „przeciąganie liny” z bocznokołowcem Alecto – też został wyposażony w silnik syjamski. Oczywiście wał korbowy takiej maszyny obracał się za wolno na potrzeby śruby, więc na okręcie Rattler użyto jeszcze wielkich przekładni przyspieszających, skonstruowanych z kół pasowych i płaskich pasów, niczym w gigantycznej młockarni!

Bardzo charakterystyczną cechą oryginalnych SILNIKÓW SYJAMSKICH Maudslay’ów było wykorzystanie suwaka tłokowego zamiast typowego wówczas płaskiego suwaka muszlowego. Nowy typ suwaka musiał przenosić znacznie mniejsze obciążenia, więc zużywał się dużo wolniej, a straty mocy na jego poruszanie były mniejsze (rys. 45). Występowały za to problemy z uszczelnieniem, wymagające dość skomplikowanych środków zaradczych.


Rys.45. W suwaku płaskim (po lewej) powierzchnie zamykające i otwierające kanały parowe były płaszczyznami, zaś w suwaku tłokowym (po prawej) – pobocznicami walców. Oczywiście to drugie rozwiązanie wymagało obudowy rurowej, z wycinanymi na obwodzie oknami wlotowymi.

SILNIKI SYJAMSKIE, łączące w sobie zwartość silnika typu „Gorgon”, z cylindrami tuż pod wałem korbowym, ze znacznie jednak dłuższymi korbowodami, zyskały początkowo znaczną popularność. W ciągu pierwszych 10 lat od wynalezienia trafiły na 55 jednostek pływających, w tym głównie na brytyjskie okręty wojenne. Tworzono je w wariantach bardzo zróżnicowanych wymiarami i mocą – np. na śrubowym slupie Rattler cztery cylindry miały średnicę 102 cm, a skok tłoków wynosił 122 cm; moc obliczano na 200 koni nominalnych, silnik rozwinął 437 koni indykowanych. Natomiast największy brytyjski bocznokołowiec wojenny, potężna fregata HMS Terrible z 1845 r., otrzymała SILNIK SYJAMSKI Maudslay’ów, który charakteryzował się mocą 800 koni nominalnych, przy 16 obrotach na minutę osiągał 2059 koni indykowanych, mając średnicę czterech cylindrów 183 cm i skok tłoków 244 cm.

Czołowym producentem tego typu okrętowych maszyn parowych pozostawała firma Maudslay, Sons & Field, lecz wkrótce znalazły się również w ofercie firmy Humphrys, Tennant & Co. Ponadto budowano je w wersji „odwróconej”, czyli z cylindrami u góry, a tłoczyskami skierowanymi w dół. Taki wariant silnika syjamskiego wykonała firma Forrester & Co. z Liverpoolu dla cywilnego kołowca Helen Mc Gregor z 1843 r., obsługującego linię z Hull do Hamburga. Wbrew diagramowi w książce Przemysława Urbańskiego (który poza tym dobrze obrazuje ideę działania, chociaż niezbyt trafnie jej sens, na skutek nadmiernego uproszczenia) krzyżulec nie stanowił tu równocześnie wodzika – jego prostoliniowy ruch był zapewniany w rzeczywistości przez dźwigniowo-cięgnowy prostowód. Dźwignie mechanizmu prostowodowego były też używane w tym silniku do napędu pompy skroplinowo-powietrznej, pompy zasilającej, pompy zęzowej, pompy wyrzutu solanki. Każdy z dwóch cylindrów miał własny zawór suwakowy, napędzany od mimośrodu na wale korbowym. Niżej zamieszczam swój schemat, który pokazuje, o co tak naprawdę chodziło konstruktorom silnika statku Helen Mc Gregor – rys. 46.


Rys.46. Schemat działania odwróconego silnika syjamskiego, zastosowanego na kołowcu Helen Mc Gregor. Mimo że cylindry niemal dotykają wału korbowego, korbowód zaczynający się poniżej ich dolnych pokryw dennych jest ciągle wystarczająco długi, dłuższy nawet niż w wersji standardowej. Proszę zwrócić uwagę na rzeczywistą płaszczyznę pracy korbowodu – jest ona prostopadła w stosunku do tej z układu klasycznego, co powala na zupełną swobodę ruchów mimo znacznego zbliżenia cylindrów do siebie.

Pomimo dużej popularności SILNIKÓW SYJAMSKICH, zwłaszcza u decydentów w Royal Navy, maszyny te – jak każdy wyrób techniczny – nie były pozbawione wad. Te mankamenty ujawniały się szczególnie w przypadku cywilnych zastosowań na małych i średnich bocznokołowcach. Ponieważ musiały być minimum dwucylindrowe, nie dawały aż tak wielkich oszczędności na masie i zajmowanej przestrzeni w stosunku do jednocylindrowych, sprawdzonych i niezawodnych silników boczno-balansjerowych. Jeśli zaś chciano uzyskać ten efekt przez stosowanie dwóch małych cylindrów, to wówczas straty cieplne przez promieniowanie były znacznie większe niż dla jednego, dużego cylindra, więc spadała sprawność i wzrastało zużycie paliwa.

Krzysztof Gerlach
CDN
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
kgerlach
Administrator



Dołączył: 20 Lip 2010
Posty: 5316
Przeczytał: 2 tematy


PostWysłany: Wto 12:44, 31 Sie 2010    Temat postu:

8. SILNIK WAHLIWY, SILNIK OSCYLACYJNY, SILNIKI WIBRACYJNY (oscillating engine, oszillierende Maschine, Dampfmaschine mit Schwingzylindern, Oszillationsmaschine, machine oscillante)

Był to typ silnika bezpośredniego działania szczególnie nadający się do napędu bocznokołowców i w tym celu rozwinięty. Idea wyglądała niezwykle prosto. Skoro w okrętowych maszynach parowych, w których korbowód biegł bezpośrednio od tłoczyska do korby wału, występowała na ogół niepożądana alternatywa – za krótki i wychylający się na boki pod zbyt dużymi kątami korbowód albo za duża odległość między cylindrami a wałem, postanowiono zrezygnować całkiem z korbowodu. By jednak tłoczysko mogło przejąć także jego rolę, cylinder musiał się kiwać odpowiednio do położenia korby – rys. 47.


Rys.47. Po lewej: przy małej odległości między cylindrem a wałem korbowym, bardzo krótki korbowód, wychylający się pod dużymi kątami. W środku: długi korbowód i mniejsze kąty wychylenia, ale duża odległość między cylindrem a wałem korbowym. Po prawej: tłoczysko mocowane do korby bez korbowodu, cylinder musi wahać się (oscylować) wokół określonej osi.

Korzyści z takiej konstrukcji są oczywiste – znaczne uproszczenie (brak krzyżulców, prostowodów, wahaczy, korbowodów, wodzików), redukcja wymiarów (cylinder mógł prawie dotykać wału korbowego) i masy, mniejsze naciski boczne, lepsza dostępność do poszczególnych elementów. Te wielkie zalety zdecydowały w końcu o sukcesie silników oscylacyjnych, ale wiodła do tego bardzo długa droga, gdyż problemy, jakie trzeba było najpierw rozwiązać – przede wszystkim doprowadzanie i odprowadzanie pary z ruchomych cylindrów oraz precyzyjne sterowanie suwakiem, który w każdej sekundzie znajdował się w innym miejscu w przestrzeni albo (jeśli komora suwakowa się nie ruszała) nieustannie zmieniał swoje położenie względem cylindra – nie przedstawiały się zbyt prosto nawet w teorii, zaś w praktyce dołączyło do nich wiele innych kłopotów, jak np. rozwiązanie napędu pompy skroplinowo-powietrznej.
Długi okres rozwojowy spowodował, że SILNIK WAHLIWY ma wielu ojców, a uznanie zyskiwał bardzo powoli. Już w 1785 r. William Murdock (czy Murdoch) - wspominany wcześniej, wybitnie twórczy asystent Jamesa Watta – wykoncypował ideę silnika oscylacyjnego. Jednak badacze nie są zgodni co do tego, jak daleko go zaawansował – zdaniem jednych zbudował i wypróbował taką maszynę, zdaniem innych nie zrealizował w praktyce swojego pomysłu, który był potem wielokrotnie patentowany przez innych konstruktorów. Np. w 1811 r. patent na ten typ silnika uzyskał Witty, w 1821 r. Aaron Manby, a w 1827 Joseph Maudslay. Także tzw. „pierwsze zastosowanie silnika oscylacyjnego na jednostce pływającej” przez Aarona Manby w 1822, miało swoich poprzedników, ale mniejsza z tym.
O rozpowszechnieniu tego typu parowej maszyny okrętowej zadecydowały dopiero ulepszenia wprowadzone przez Josepha Maudslaya z firmy Maudslay, Sons & Field, a potem szczególnie przez firmę John Penn & Sons z Greenwich. Maudslay umieścił suwak muszlowy na nieruchomym czopie doprowadzającym parę, dzięki czemu łatwe stało się zastosowanie tradycyjnego sterowania suwakiem od pojedynczego mimośrodu na wale korbowym. Tym niemniej w latach 1820. i 1830, uprzedzenia wobec SILNIKÓW OSCYLACYJNYCH były ciągle bardzo duże (obawiano się np. wpływu kiwania i kołysania okrętów na pracę cylindrów oraz centralnych, wydrążonych czopów doprowadzających i wyprowadzających parę, na których to czopach zamontowane były wahliwie cylindry) i chociaż można wymienić kilka statków w nie wyposażonych, to generalnie występował brak popytu. Armatorzy parowców w tych pionierskich czasach, gdy ich przedsiębiorstwa stale balansowały na krawędzi bankructwa, zdecydowanie preferowali duże i ciężkie, ale za to niezawodne maszyny boczno-balansjerowe.
W 1838 r. John Penn wyprodukował ulepszoną wersję SILNIKA OSCYLACYJNEGO, która znalazła większe uznanie u cywilnych odbiorców. Zastąpił żeliwną ramę Maudslay’ów kolumnami z pudlarskiego żelaza, ponadto usunął suwak z obszaru czopów i zamontował go na ściance cylindrów. Chociaż to ostatnie rozwiązanie wymagało dodatkowych, pomysłowych elementów w układzie dźwigni i łączników zapewniających sterowanie suwakiem od mimośrodu na wale korbowym (rys. 48), to w sumie Penn uzyskał bardziej zwartą i niezawodną maszynę. W późniejszych latach stosował po dwa suwaki na cylinder, napędzane od wspólnego mimośrodu, a kiedy na okrętach pojawiły się dwumimośrodowe stawidła Stephensona, stały się w silnikach oscylacyjnych prawie standardem. By nie komplikować kinematyki maszyny, pompę skroplinowo-powietrzną o nieruchomym korpusie napędzano w wielkich egzemplarzach wprost od korby wału głównego, najczęściej od korby mniejszego wału pośredniego, a w całkiem małych sztukach - od specjalnych mimośrodów, dla zminimalizowania skoku.


Rys.48. Rozwiązanie sterowania suwakiem umieszczonym w komorze suwakowej wahającej się razem z całym cylindrem, przy zachowaniu tradycyjnego napędu od pojedynczego mimośrodu na wale korbowym. Pomysł Penna. Wał korbowy „1” obraca mimośrodem „2” i za jego pośrednictwem przesuwa drążek mimośrodu „3” w górę i w dół (oczywiście z lekkimi wychyleniami na boki, co umożliwia przegub „4”). Jednak przegub „4” nie łączy się bezpośrednio z dźwignią sterującą „9”, tylko jest elementem jarzma „5”. Jarzmo może przesuwać się jedynie w kierunku pionowym dzięki wodzikom „6” ślizgającym się wzdłuż prowadnic na kolumnach nośnych „7”. W łukowatym wycięciu w jarzmie „5” znajduje się przesuwny klocek „8”, do którego przegubowo umocowano dźwignię „9”, podpartą również przegubowo w podporze „10” stanowiącej część korpusu cylindra. W ten sposób drążek „3” podnosi lub opuszcza lewy koniec dźwigni „9” w zależności od położenia mimośrodu, a dźwignia swoim prawym ramieniem opuszcza lub podnosi mocowany przegubowo klocek „11”. Klocek ten ma możliwość lekkiego przesunięcia bocznego w zworze „12”, dzięki czemu ruch po łuku końca dźwigni „9” bez trudu zmienia się w prostoliniowy ruch trzonu suwakowego „13”, utrzymywanego przez prowadnicę „14” mocowaną do pokrywy cylindrowej. W sumie daje to pożądane sterowanie suwaka rozrządu pary (skrytego w komorze „15”) od mimośrodu „2”.
Wychylenie cylindra wokół czopu centralnego „16” nie powoduje żadnych zmian, bowiem łukowe wycięcie w jarzmie „5” jest współśrodkowe z czopem „16”. W rezultacie klocek „8” przyjmuje w nim nowe położenie 8’, ale w stosunku do nowego położenia podpory 10’ dźwigni „9” pozostaje w bezruchu. Zatem drążek „3” nadal dokładnie w ten sam sposób porusza trzonem suwakowym - który przybrał położenie 13’ - jak poprzednio, bez żadnej zmiany. Oscylacje cylindra i wahającej się wraz z nim komory suwakowej nie mają wpływu na rozrząd pary.

Na początku lat 1840. małe silniki oscylacyjne Penna, zainstalowane na parowcach pływających po Tamizie, odniosły spory sukces komercyjny i wykazały się wielką niezawodnością, co zainteresowało brytyjską Admiralicję. W 1844 na jej polecenie maszyna tego typu została wstawiona na jacht bocznokołowy Black Eagle, zastępując na nim dotychczasowy dwucylindrowy silnik boczno-wahaczowy Maudslay’ów. Chociaż nowy silnik zajmował tyle samo miejsca co stary i tyle samo ważył, jego moc w koniach nominalnych była prawie dwukrotnie większa. W konsekwencji tego udanego debiutu, firma Penn zaczęła dostarczać SILNIKI OSCYLACYJNE na wiele brytyjskich bocznokołowców wojennych, poczynając od początku drugiej połowy lat 1840., a kończąc w pierwszej połowie lat 1860. Trafiały się z rzadka nawet na jednostkach śrubowych Royal Navy.
Sukces SILNIKÓW WAHLIWYCH Penna skłonił innych wytwórców, nie tylko zresztą brytyjskich, do adaptowania generaliów tego rozwiązania, przy czym prawie każdy z nich wprowadzał rozmaite modyfikacje zgodnie z własnymi pomysłami lub żądaniami klientów.
Obok Penna czołowym dostawcą SILNIKÓW OSCYLACYJNYCH dla Royal Navy była firma Miller & Ravenhill znad Tamizy. Sporadycznie trafiały do marynarki brytyjskiej silniki tego typu wyprodukowane przez inne firmy, jak Boulton & Watt, Rennie, Russell.


Rys.49. Ilustracja z epoki, pięknie pokazująca obieg pary w SILNIKU OSCYLACYJNYM. Para dolotowa (czerwona) wchodzi przez czop poprzeczny względem osi wzdłużnej cylindra, zostaje rozprowadzona wzdłużnie w komorze suwakowej, gdzie suwak kieruje ją do kanałów wlotowych, odbierając równocześnie zużytą parę (niebieską) z kanałów wylotowych, nad i pod tłokiem. Następnie zużyta para wychodzi z komory suwakowej, znów przez czop poprzeczny do osi wzdłużnej cylindra, ale umieszczony z przeciwnej strony. Na czopach tych oscyluje cały cylinder.

Wśród brytyjskich armatorów cywilnych rozwiązanie tak się spodobało, że nie ograniczano go tylko do bocznokołowców i tylko do pierwotnych silników pojedynczego rozprężania pary. Już w połowie lat 1840. konstruktorzy z Greenwich Iron Works wyposażyli mały parowiec pływający po Tamizie w czterocylindrowy SILNIK OSCYLACYJNY o podwójnym rozprężaniu pary. Cylindry wysokiego i niskiego ciśnienia były tu parami zblokowane, z tłoczyskami napędzającymi tę samą korbę.

Decydentom marynarek wojennych innych niż brytyjska idea silnika oscylacyjnego spodobała się mniej, ale nie była całkiem obca. Na przykład w maszynę tego systemu, wyprodukowaną przez firmę Hallette, wyposażono francuską korwetę bocznokołową Euménide z 1848 r. W amerykańskiej marynarce wojennej propozycje dostaw takich silników w 1835 i 1847 odrzucono, a w rezultacie dostał je tylko transportowiec John Hancock z 1850 r. oraz bocznokołowy slup Saginaw z 1859 r. (producentem była firma Union Iron Works).

Jednak amerykańscy armatorzy cywilni wykazali mniejszą powściągliwość – od 1849 wyposażyli w silniki wahliwe sporą grupę pełnomorskich parowców. Niektóre z tych maszyn wyróżniały się posiadaniem specjalnych zaworów zrównoważonych, z dwumimośrodowymi stawidłami Allena (konstrukcja amerykańska), zamiast zwykłych suwaków.
Okrętowe silniki oscylacyjne pojawiły się na bardzo wielu cywilnych jednostkach pływających z XIX w. w tym jednych z najsłynniejszych, produkowała takie maszyny niezwykle szeroka rzesza producentów, czasem zgoła nieoczekiwanych. W cyklu poświęconym w zasadzie silnikom wykorzystywanym w marynarkach wojennych nie bardzo jest miejsce na ich omawianie, ale trudno mi nie wymienić śrubowego ex-transatlantyku Great Britain Brunela, który został wyposażony w nowy silnik wahliwy w 1852 r., liniowca Adriatic z Collins Line, wyposażonego w amerykański silnik oscylacyjny (pełen nowinek technicznych, co przyczyniło się do jego porażki) w 1856, słynnego Great Eastern Brunela z 1858, bocznokołowców Delta i Massilia armatora Peninsular & Oriental Co., cesarskiego jachtu francuskiego Aigle, który otrzymał na początku lat 1860. silnik wykonany przez firmę Mazeline & Co. z Hawru, śrubowego parowca pasażersko-pocztowego Hammonia linii HAPAG z 1855, śrubowego transatlantyku China Cunarda z 1862.
Producentami silników oscylacyjnych na rynek cywilny były m.in. takie firmy jak John Penn & Sons z Greenwich, Novelty Iron Works z Nowego Jorku, John Scott Russell & Co., Ravenhill & Salkeld, J. & G. Thomson, Morgan Iron Works, Escher, Wyss & Co. z Zurychu (! specjalizowali się w wyposażaniu jednostek pływających po Dunaju), R. Napier & Sons z Glasgow, Murray & Hazlehurst z Baltimore.
Popularność silników oscylacyjnych była tak wielka, że utrzymały się bardzo długo, zwłaszcza w niektórych, specyficznych formach żeglugi. Firma Penn jeszcze w 1890 r. produkowała małe maszyny tego typu dla tureckich bocznokołowców eksploatowanych na wodach Bosforu, wspomniani Szwajcarzy robili w drugiej połowie XIX w. takie silniki w wersji z podwójnym rozprężaniem pary dla statków żeglugi dunajskiej, Brytyjczycy instalowali swoje na holownikach na przełomie XIX i XX w.

Naturalnym jest, że wobec takiego zakresu zastosowań, czasu wykorzystywania i rozpiętości wymiarowej (od 4 koni nominalnych do 720 koni nominalnych i 4750 koni indykowanych, średnica cylindrów od 51 cm do 254 cm, skok tłoków od 61 cm do 4,27 m), wykształciła się wielka różnorodność ich form podstawowych. Na rys. 50 zebrałem schematy stosowanych układów SILNIKÓW OSCYLACYJNYCH.


Rys.50. Układy pracy silników oscylacyjnych. A – układ klasyczny („pionowy prosty”, zgodnie z klasyfikacją francuską), B – odwrócony („pionowy odwrócony”, „tłuczkowy”), C – skośny zwykły, D – skośny odwrócony, E – poziomy.

Większość wad SILNIKÓW WAHLIWYCH - skomplikowany rozrząd i bieg kanałów doprowadzania pary, konieczność osobnego napędu pomp skroplinowo-powietrznych i brak swobody w ich ustawianiu, owalizowanie się otworu dławnicy trzonu suwakowego (to ona przejęła od wodzika przenoszenie nacisków bocznych) – były do strawienia, póki ciśnienia pary utrzymywały się na niewielkiej wysokości. Jednak po powszechnym przejściu na wysokie ciśnienie, kłopoty z utrzymaniem szczelności na czopach oraz dławnicy praktycznie wyeliminowały z rynku ten typ okrętowej maszyny parowej, który i tak nadawał się przede wszystkim do napędu bocznokołowców, z uwagi na nadal niewielką prędkość obrotową wału korbowego.

Krzysztof Gerlach
CDN
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
kgerlach
Administrator



Dołączył: 20 Lip 2010
Posty: 5316
Przeczytał: 2 tematy


PostWysłany: Czw 16:44, 02 Wrz 2010    Temat postu:

9. DWUTŁOCZYSKOWY SILNIK BEZPOŚREDNIEGO DZIAŁANIA FIRMY RENNIE

W gruncie rzeczy chodzi tu o odmianę silnika typu „Gorgon”, na tyle jednak ciekawą i wykazującą zewnętrzne podobieństwo oraz pewną wspólną myśl z silnikiem syjamskim, a także z maszynami, które dopiero będę omawiał (silnikami z tłokiem pierścieniowym, z tłokiem rurowym), że chociaż w literaturze nie ma własnej nazwy, postanowiłem pokazać ją osobno.
Jak wszyscy wytwórcy, którzy postanowili pójść śladem firmy Seaward & Capel, także J. & G. Rennie z Blackfriars nad Tamizą głowili się nad tym, jak zachować główną ideę silnika bezpośredniego działania do napędu kół łopatkowych, ale równocześnie chociaż trochę wydłużyć korbowody. Ich pomysłowi daleko było do oryginalności silnika syjamskiego Maudslay’ów, nie zmuszał jednak do stosowania cylindrów bliźniaczych, pozostawiając dowolność doboru liczby cylindrów.
Każdy tłok wyposażony tu został w dwa tłoczyska, lecz nie po to, by mijały wał korbowy jak w niektórych odmianach silników wieżowych (z powrotnymi korbowodami). Górne końce tłoczysk połączono miniaturowym elementem T-kształtnym, a do jego najniższego punktu doczepiano korbowód, który dzięki temu wydłużał się trochę w stosunku do rozwiązań, w których łożyskowano go na krzyżulcu u szczytu tłoczyska. Oczywiście wydłużenie nie było duże, z uwagi na nikłe wymiary jarzma T-kształtnego, a ponieważ tłoczyska, jarzmo i stopa korbowodu znajdowały się bezpośrednio nad danym cylindrem, całe rozwiązanie nie miałoby najmniejszej przewagi nad silnikiem typu „Gorgon”, gdyby w najniższym położeniu tłoka stopa korbowodu i tak musiała się zatrzymywać nad górną pokrywą cylindra. Firma Rennie wykonała więc w owej pokrywie centralne wgłębienie, w której w odpowiedniej chwili chowało się dolne ramię jarzma T-kształtnego, razem ze stopą korbowodu. Z kolei taka konstrukcja byłaby tylko gorszą, bo bardziej skomplikowaną wersją maszyny o skróconym skoku tłoka, gdyby ten musiał w swoim górnym położeniu zatrzymywać się na owym wgłębieniu w pokrywie. Dlatego tłok wyposażono we własne, centralne wgłębienie, idealnie pasujące do tego w pokrywie, co dobrze widać na ilustracji z epoki (rys. 51). Krzyżulec z dołu jarzma prowadzono w tej maszynie prostowodem Watta. Wzorem silników oscylacyjnych pompy skroplinowo-powietrzne napędzano wprost od wału korbowego.


Rys.51. Z każdego z cylindrów „1” wychodzą dwa czerwone tłoczyska „2”. Tłoczyska są zwieńczone blachami „4” jarzma. Żółty korbowód „3” (w rzucie po prawej przedstawiony symbolicznie) łożyskowany jest na krzyżulcu „6” w dole jarzma, dzięki czemu ma nieco większą długość, niż gdyby biegł od szczytu tłoczysk. Niebieskie pręty prostowodu „5” dbają o prostoliniowy ruch krzyżulca. Aby w najniższym położeniu tłoka „8” dolny koniec jarzma z krzyżulcem i stopą korbowodu nie uderzał w pokrywę cylindra, ma ona w środku wgłębienie „7”. Tłok też wykonano z odpowiednio pasującym wgłębieniem środkowym, by nie uderzał w pokrywę w swoim najwyższym położeniu. Pompa powietrzno-skroplinowa „9” (a właściwie dwie pompy, ale widać jedną) otrzymuje napęd od wału korbowego.

Duże maszyny tego typu, o mocy 500 i 467 koni nominalnych, zainstalowano w Royal Navy na bocznokołowym slupie pierwszej klasy Bulldog oraz bocznokołowej fregacie drugiej rangi Sampson.

Krzysztof Gerlach
CDN
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
kgerlach
Administrator



Dołączył: 20 Lip 2010
Posty: 5316
Przeczytał: 2 tematy


PostWysłany: Nie 18:49, 05 Wrz 2010    Temat postu:

10. SILNIKI O TŁOKU OBROTOWYM, SILNIKI ROTACYJNE, SILNIKI OBROTOWE (rotary engines)

Pomysł, aby wykorzystywać parę nie do wprawiania tłoka w ruch posuwisto-zwrotny, który w bardzo wielu przypadkach (a na morzu we wszystkich praktycznych) był i tak zamieniany potem na ruch obrotowy, lecz do wymuszania ruchu obrotowego od razu - wewnątrz silnika – poprzez oddziaływanie na wirujące elementy pełniące rolę tłoków, jest niezwykle stary. Wiązał się bowiem integralnie z rozwojem pomp wirowych, silników hydraulicznych i turbin, gdyż dla czysto mechanicznej strony rozwiązania było obojętne, czy urządzenie obracając się „wytwarzało” energię użyteczną (naprawdę tylko ją przetwarzało, wykorzystując energię wody, sprężonego powietrza, pary), czy też – samo obracane przez silnik zewnętrzny – umożliwiało przetłaczanie różnych mediów (w tamtych czasach praktycznie tylko wody).

Ponieważ te silniki o tłoku obrotowym, które instalowano jako okrętowe maszyny napędowe, ostatecznie zawiodły, w wielu historiach rozwoju parowców pomija się je całkowitym milczeniem. Jednak znalazły drogę (wyboistą i bez happy endu) także na okręty wojenne, więc ja nie zamierzam ich zignorować. Oczywiście nie przedstawię tu pełnej historii rozwoju takich maszyn, a wręcz przeciwnie – w zasadzie ograniczę się do tych kilku przypadków, kiedy rzeczywiście próbowano nimi napędzać jednostki pływające.

Jak wspomniałem, idea maszyny z tłokiem obrotowym narodziła się bardzo wcześnie, niektórzy autorzy wywodzą ją aż od pompy wodnej wynalezionej w 1588 r. przez włoskiego inżyniera Ramelli. Rozmaite proponowane przez wieki rozwiązania uzupełniały tę koncepcję o ważne elementy, wielu wynalazców skupiało na niej swoją uwagę. Jednym z nich był sam James Watt, który pierwszy patent na silnik rotacyjny zapewnił sobie już w 1769 r. Nie zostawił jednak do niego rysunków, a opis jest wyjątkowo niejasny. Za to drugi patent Watta dotyczący maszyny parowej o tłoku obrotowym, uzyskany w 1782 r., jest już bardzo dobrze znany. Wprawdzie szkic obrazujący jego budowę i działanie, wraz z dokładnym opisem, można znaleźć w wielu miejscach w sieci, a sam silnik nie uzyskał wystarczającej sprawności by znaleźć zastosowanie na morzu, jednak na jego wzór zbudowano i opatentowano potem całe chmary podobnych, więc – by nie zmuszać do skakania po stronach internetowych (choć do tego zachęcam, ponieważ np. animacji u mnie nigdy nie będzie) – i ja go pokrótce scharakteryzuję (rys. 52).


Rys.52. Silnik rotacyjny wg patentu Jamesa Watta z 1782 r.
Po lewej. Cylinder „1” zakończony jest od obu podstaw płytami czołowymi „2”. W środku biegnie wał „3”, który może się obracać w płytach czołowych i jest tam uszczelniony dławnicami typowymi dla pomp i silników parowych o ruchu posuwisto-zwrotnym. Do wału „3” na stałe montowany jest (jednym brzegiem) lekko sierpowato wygięty płat „4” - poza wygięciem ma on z grubsza kształt prostopadłościanu. Płat „4” pełni tutaj rolę tłoka obrotowego, uszczelnionego parowo na pozostałych trzech brzegach (drewnem, skórą czy t.p.). Część pobocznicy cylindra tworzy klapa „5”, mocowana obrotowo na zawiasie „6”, a utrzymywana w takiej pozycji dźwignią ze sprężyną albo ciężarkiem. Rurą górną wprowadza się czerwoną parę dolotową z kotła do obszaru ograniczonego tłokiem, wałem i klapą, zaś rurą dolną odprowadza niebieską parę odlotową do skraplacza. Para dolotowa naciska zarówno na tłok, jak klapę, ale ta ostatnia – zapierając się o wał - nie ulega temu naciskowi. Natomiast tłok poddaje się i jest przepychany po obwodzie cylindra zgodnie z ruchem wskazówek zegara.
W środku. Będąc na stałe przymocowany do wału, tłok wprawia go tym samym w ruch obrotowy. Świeża, czerwona para wypełnia coraz większą przestrzeń, ale ciągle jest oddzielona tymi samymi elementami konstrukcyjnymi od pary odlotowej w zmniejszającej się niebieskiej części cylindra, gdzie – na skutek użycia skraplacza – wytwarza się próżnia. Ostatecznie tłok mija rurę łączącą przestrzeń cylindra ze skraplaczem i musi teraz wrócić do swojej pierwotnej pozycji, chociaż na drodze stoi klapa „5”.
Po prawej. Czyni tak naciskając na klapę (korzysta z energii nagromadzonej w kole zamachowym) i wymuszając schowanie się jej w specjalnie przygotowanej na ten cel kieszeni „7”. Oczywiście po całkowitym przejściu tłoka sprężyna, ciężarek czy cięgno ponownie ustawią klapę w pozycji dzielącej przestrzeń cylindra na dwie oddzielne partie, umożliwiając rozpoczęcie całego cyklu na nowo.

Pomimo całej pomysłowości rozwiązania, nie spełniło ono pokładanych w nim nadziei, w dużej mierze z tych samych powodów, dla których do dzisiaj silniki z tłokiem obrotowym (już nie parowe, lecz spalinowe) są ciągle niewystarczająco dobre, mimo tryumfalnego ogłoszenia NSU R80 z silnikiem Wankla samochodem roku 1967 i wieszczenia z tej okazji przez polski „Motor” rychłego końca (43 lata temu!!!) aut wyposażonych w klasyczne silniki tłokowe. Uporanie się ze szczelnością takiego układu (bez szybkiego zużycia i bez ogromnego tarcia wydatnie obniżającego moc) jest do dziś bardzo trudnym zadaniem, a całkowicie przekraczało technikę, technologię i materiały XVIII oraz XIX w.
Ówcześni wynalazcy nie zdawali sobie z tego sprawy i ciągle wierzyli, że jakiś sprytne pomysły konstrukcyjne zapewnią akurat ich silnikowi rotacyjnemu powodzenie na polu, na którym innym się nie powiodło. Zestaw samych dat (prawie zawsze dotyczą uzyskania patentu, wyjątkowo pierwszej opublikowanej wzmianki) i nazwisk ludzi przedstawiających kolejne rozwiązania maszyn z tłokiem obrotowym jest absolutnie oszałamiający, nawet jeśli weźmiemy pod uwagę, że w kilku przypadkach patenty dotyczą zmian niezbyt znaczących lub wręcz plagiatów. W 1787 Cooke, 1790 Bramah i Dickinson, 1791 Sadler, 1797 Cartwright, 1798 Hornblower (niestety, nie Horatio), 1799 Murdock, 1805 Trotter, Flint, Wilcox, 1808 Mead, 1809 Clegg, 1810 Chapman, 1812 Turner, 1816 Routledge, Malam, 1821 Rider, Masterman, 1823 Beningfield i Beale, 1824 Foreman, 1825 Eve, 1826 de Combois, Galloway, Halliday, Eve, 1828 Steenstrup, Evans, 1829 Smith, Galloway, 1830 Street, 1846 Galloway.
Ich pomysłowość zasługuje na szacunek i z pewnością przyczyniła się do ogólnego rozwoju idei silnika z wirującym tłokiem, lecz większość wynalazców nie posiadała ani zmysłu praktycznego, ani pieniędzy, ani daru przekonywania tych z pieniędzmi. Dlatego wiele koncepcji pozostało tylko na papierze, a niemal żadna – o ile wiem – nie miała szansy zmierzyć się z napędem okrętów. Stąd nie będę ich omawiał, ale jeśli kogoś i tak interesują, warto ściągnąć sobie za pomocą Google’a darmowe wydanie książki Elijaha Gallowaya „History of the Steam Engine” z 1826 r. i rozkoszować się szczegółami, ponieważ akurat ten inżynier poświęcił się właśnie konstruowaniu takich silników i dokładnym (chociaż nie bezstronnym) analizowaniu podobnych rozwiązań konkurentów.

Brak zainteresowania innych autorów z XIX w. oraz nikły oddźwięk u współczesnych badaczy historii napędu okrętowego, utrudniają posłużenie się jakąś zaakceptowaną klasyfikacją parowych silników z tłokiem obrotowym. Jednak bardzo nieliczne z tych maszyn, które zastosowano na jednostkach pływających, różniły się tak silnie konstrukcją, że na własny użytek stworzyłem własny podział oparty na współczesnych nazwach polskich i starych angielskich. Nie zgłaszam pretensji ani do jego trafności naukowej, ani oryginalności - po prostu jest wygodny.
Wyróżnię więc:
a) maszyny rotacyjne (o jednokierunkowych i jednopłaszczyznowych obrotach tłoka)
b) maszyny obrotowo-nawrotne (wahadłowe, o jednopłaszczyznowych, ale zmiennokierunkowych obrotach tłoka)
c) maszyny tarczowe (o zmieniającej się płaszczyźnie obrotów tłoka)

i w tej kolejności pokrótce je omówię.

Krzysztof Gerlach
CDN
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
kgerlach
Administrator



Dołączył: 20 Lip 2010
Posty: 5316
Przeczytał: 2 tematy


PostWysłany: Śro 6:14, 08 Wrz 2010    Temat postu:

10.1. SILNIK ROTACYJNY (rotary engine)

Różne koncepcje rozwiązania SILNIKA ROTACYJNEGO, które otarły się o zastosowanie na jednostkach pływających, wiążą się z Elijahem Galloway’em. W grudniu 1826 r. konstruktor ten uzyskał patent na maszynę z tłokiem obrotowym o mocno pokomplikowanej budowie, chociaż realizującej dość prosty, jakby się wydawało pomysł. W przestrzeni cylindra obracał się tłok o kształcie prawie płaskiej płyty. W rzeczywistości składał się z wielu różnych części wykonanych z odmiennych materiałów, a Galloway mnóstwo uwagi poświęcił uszczelnieniom żeliwno-mosiężno-konopnym (lub żeliwno-mosiężno-bawełnianym) oraz dbałości o to, by rozszerzanie cieplne elementów nie zmieniało ich wzajemnego docisku, czyli nie pogarszało szczelności. Zamiast jednej, zastosował dwie przegrody dzielące komorę cylindra na część ciśnieniową i próżniową. Przegrody te nie odchylały się pod naciskiem tłoka, tylko były promieniowo wsuwane i wysuwane do środka. Towarzyszyły im cztery zawory, po dwa wlotowe i dwa wylotowe, przy czym poza okresami przejściowymi pracowały zawsze dwa, parami. Idea, którą przedstawiam poniżej na rys. 53, nie budzi skojarzeń z bardzo złożoną konstrukcją, ale w praktyce odpowiednie sterowanie wsuwaniem i wysuwaniem przegród, zapewniane obracaniem się na wale specjalnych krzywek, po których obtaczały się potrójne rolki (zewnętrzne pary utrzymywane przez prowadnice), podnoszące i opuszczające rozwidlone pręty połączone krzyżulcami, które przekazywały ruch na przegrody za pośrednictwem prętów przypominających tłoczyska, uzupełnione działaniem przeciwwag, a do tego sterowanie czterema zaworami od innych krzywek poprzez kolejny zestaw dźwigni, dawało naprawdę skomplikowany silnik.


Rys.53. Idea budowy i działania silnika rotacyjnego Gallowaya z 1826 r. Elementy sterowania pominąłem. W płaskich pokrywach zamykających z obu stron cylinder wykonane są w sumie cztery okna (1,2,3,4), zamykane płytkami zaworów. Na górze i na dole znajdują się kieszenie, w których mogą się przesuwać przegrody „5” i „6”, W pozycji po lewej para dolotowa wpływa przez okno „1” i wytwarza czerwoną strefę ciśnieniową w przestrzeni zamkniętej u góry przegrodą „5”, a u dołu płaskim, prostokątnym tłokiem „7”. Zużyta para odlotowa jest wypychana przez tłok oknem „2”, a dzięki skraplaniu wytwarza niebieską strefę próżniową. Okna „3” i „4” są zamknięte. Naciskany przez parę tłok przesuwa się i wprawia w ruch obrotowy wał „8”, do którego jest przymocowany. Kiedy tłok zbliża się do przegrody „5” i przy dalszym ruchu musiałby w nią uderzyć, przegroda chowa się do górnej kieszeni. Ponieważ to likwidowałoby rozdział stref w cylindrze i zanik siły napędowej, z dolnej kieszeni wysuwa się aż do wału przegroda „6”. Teraz (po prawej) otwarte są okna „3” i „4”, zaś zamknięte „1” i „2”. Dzięki temu świeża para dolotowa wchodzi oknem „3”, a zużyta para odlotowa uchodzi oknem „4”, zaś przegroda „6” zapewnia prawidłowe oddzielenie strefy ciśnieniowej od próżniowej.

Konstruktor twierdził, że taka maszyna, o mocy tuzina koni, została użyta do napędu łodzi parowej operującej na rzece Tyne, i „obiecywała spełnić wszystkie związane z nią oczekiwania”, ale została zdjęta z jednostki i zastąpiona tradycyjnym silnikiem o ruchu posuwisto zwrotnym na skutek „niedżentelmeńskich” poczynań właścicieli, którzy niegodziwie nie chcieli wystarczająco długo czekać na usunięcie wszystkich usterek i ponadto umyślnie źle ją eksploatowali. Komentarz nasuwa się sam, ale bądźmy delikatni.

W trzy lata później Galloway opatentował silnik obrotowo-nawrotny, czyli z grupy, którą będę omawiał następnym razem. Natomiast w 1840 r. firma Rennie postanowiła zbudować żelazny jacht śrubowy Mermaid wyposażony w wykonany przez nich wysokociśnieniowy SILNIK ROTACYJNY patentu Gallowaya, udoskonalony przez George’a Rennie. Ditchburn & Mare zrobili kadłub tej jednostki, lecz nieustające problemy z nowatorskim silnikiem doprowadziły do upadku banku kredytującego budowę i do rezygnacji z planowanej jednostki napędowej. Kiedy parowiec sprzedano w 1843 Royal Navy (w której służył jako Dwarf), miał już zwykły silnik firmy Rennie.

We wczesnych latach 1830. lord Dundonald (który zdobył sławę w Wielkiej Brytanii, Chile, Brazylii i Grecji jako Thomas Cochrane, ale 1.07.1831 odziedziczył tytuł po ojcu) zajmował się projektowaniem i konstruowaniem maszyn parowych z obrotowym tłokiem. Jednak dopiero w 1842 r. silnik jego konstrukcji wypróbowano na pierwszym okręcie Royal Navy, niewielkim parowcu Firefly. Wcześniej lord testował swój silnik na dwóch małych łodziach parowych pływających po Tamizie oraz napędzał nim stoczniową pompę wodną w Portsmouth. Nie ulega wątpliwości, że do zainteresowania się tak niepewną jednostką napędową skłonił Admiralicję przede wszystkim fakt, że Dundonald, ongiś – u szczytu swoich możliwości – wyrzucony z Royal Navy, wyklęty z towarzystwa i ścigany prawem – był teraz od 2.05.1832 kontradmirałem marynarki brytyjskiej, a od 23.11.1841 nawet wiceadmirałem - trzeba było i chciano się z nim liczyć. Oczywiście Cochrane, któremu nigdy nie zbywało na miłości własnej, był zachwycony wynikami tych prób – pisał o zwartości, lekkości, szybkości ruchu, niezawodności i zdolności do wytwarzania w jego maszynie wysokiej próżni. Otrzymał też 19.01.1843 patent na tę konstrukcję, a Admiralicja postanowiła wypróbować silnik projektu Dundonalda na „prawdziwym” okręcie wojennym, bocznokołowym slupie Janus, który zaczęto wtedy budować w Chatham.
Jednak w rzeczywistości nie wszystko przebiegało tak gładko, jak chciałby widzieć konstruktor, a jednostka Firefly już w 1843 została wyposażona w nowy silnik firmy Maudslay, standardowego (ale niezawodnego) typu z bocznymi wahaczami. Natomiast silnik rotacyjny Dundonalda, używany w Portsmouth do napędu pompy, podlegał nieustannym awariom i przeróbkom (w ciągu półtora roku eksploatacji przynajmniej 13 razy był rozbierany na kawałki i przerabiany), chociaż teoretycznie większość związanych z nim problemów nie miała ścisłego związku z ideą działania maszyny o obrotowym tłoku. Ostatecznie przepracował jednak 2 lata i 9 miesięcy, a władze stoczni wyrażały się o nim z dużym uznaniem.
Koncepcyjnie silniki Cochrane’a różniły się mocno od rozwiązań Watta czy Gallowaya. Ich odrębność (o oryginalności można dyskutować, ponieważ nawiązywały w pewnej mierze do patentu Johna Trottera z 1805 r.) polegała na zastosowaniu wirującego wewnętrznie cylindrycznego mimośrodu dla tworzenia przegrody między przestrzenią ciśnieniową a próżniową w zewnętrznym cylindrze korpusu. Cochrane próbował konstrukcji z jednym i z dwoma skrzydłowymi tłokami - ja zilustruję działanie bardziej sensownej wersji dwutłokowej (rys. 54).


Rys.54. Jeden z wcześniejszych silników Cochrane’a.
Po lewej czerwona para dolotowa wypełnia przestrzeń między płaskim tłokiem skrzydłowym „1” a stykiem wewnętrznego cylindra „4” (obracającego się mimośrodowo względem osi silnika) z gładzią cylindrycznego korpusu. Tłok mieści się w wykonanej na całej długości szczelinie w wewnętrznym cylindrze oraz łączy na stałe z wałem „2”. Para naciskając na tłok przesuwa go, zmuszając tym samym do obrotu zarówno centralny wał, jak wewnętrzny cylinder. Po swojej drugiej stronie tłok wypycha parę wylotową do skraplacza, a dzięki jej skraplaniu wytwarza się niebieska przestrzeń próżniowa. Nieustanny kontakt wewnętrznego cylindra z zewnętrznym wzdłuż tej samej tworzącej walca plus szczelnie dociśnięty tłok skrzydłowy „1” zapewniają ciągłe rozdzielanie części ciśnieniowej od próżniowej.
W środku para dolotowa naciska na tłok skrzydłowy „3”, który osadzony jest na wale „2” LUŹNO. Nie może więc bezpośrednio przekazywać swojego ruchu na wał, lecz napierając w szczelinie na cylinder „4” zmusza go do obrotu i poprzez drugą szczelinę przekazuje napęd na tłok „1” połączony z wałem silnika. Tym razem to luźny tłok skrzydłowy „3” jest elementem współpracującym z cylindrem wewnętrznym dla rozdzielenia czerwonej strefy ciśnieniowej od niebieskiej strefy próżniowej.
Po prawej para dolotowa znów naciska na tłok „1” połączony z wałem, ale tym razem to luźny tłok „3” wypycha parę zużytą do skraplacza. Między tłokami też znajduje się para, jednak będąc szczelnie odcięta zarówno od dolotu z kotłów, jak od skraplacza, nie należy ani do czerwonej strefy ciśnieniowej, ani do niebieskiej strefy próżniowej.
Przesunięcie środka wewnętrznego cylindra ze szczelinami względem środka obrotu wału powoduje, że oba tłoki nie mogą być sprzęgnięte z wałem na stałe, gdyż kąt ich rozwarcia ulega zmianie – stąd jeden tłok jest luźny. Jeśli komuś trudno to sobie wyobrazić, polecam stronę [link widoczny dla zalogowanych] gdzie zamieszczono skromną animację, na której widać, jak taki silnik „macha skrzydełkami” podczas obrotu wału.

Przedstawione na rys. 54 rozwiązanie miało permanentną wadę w postaci ruchu promieniowego i kątowego tłoków w szczelinach wewnętrznego cylindra, przez co uszczelnienie tych miejsc przekraczało możliwości ówczesnej techniki (co nie znaczy, że nie opracowano pomysłowych środków zaradczych, jak osadzane obrotowo małe walce z szczelinami dla przesuwania się tłoków).

Na slupie Janus Dundonald polecił zainstalować nieco inną wersję swojego silnika rotacyjnego. Kłopoty z uszczelnieniem płaskich tłoków w szczelinach skłoniły konstruktora do polegania tylko na wewnętrznym cylindrze jako tłoku, ze wspomaganiem dwóch wahliwie osadzonych przegród, chowanych w odpowiednich chwilach we wnękach na obwodzie korpusu (rys. 55).


Rys.55. Cylindryczny tłok „1” osadzony jest mimośrodowo na wale silnikowym „2” i obraca się wraz z nim. Z tłokiem współpracują wahliwe przegrody „3” i „4” dociskane do jego powierzchni za pośrednictwem samonastawnych końcówek uszczelniających.
Po lewej czerwona para dolotowa pcha tłok, który po drugiej stronie wypycha parę zużytą do skraplacza. Przegrody wahliwe i tłok wspólnie zapewniają rozdzielenie czerwonej strefy ciśnieniowej od niebieskiej strefy próżniowej cylindra.
W środku tłok na krótko zamyka kanał wylotowy, przez co pozostaje tylko czerwona strefa ciśnieniowa. W dalszym ruchu wzdłuż dolnej części cylindra tłok najpierw utrzymuje przegrodę „4” w pozycji zamykającej kanał wylotowy, a potem przegrodę „3” zamykającą kanał wlotowy.
Po prawej pozycja z tłokiem zamykającym kanał dolotowy pary, przez co pozostaje tylko niebieska strefa próżniowa.
Teoretycznie wszystko wydaje się w porządku, ale w rzeczywistości między pozycją w środku a pozycją po prawej są chwile, kiedy brakuje rozdziału strefy ciśnieniowej od próżniowej, a więc następuje ogromny spadek mocy silnika i wzrasta zużycie pary.

HMS Janus był okrętem w całości eksperymentalnym, z nietypowym kadłubem zaprojektowanym przez Dundonalda, ponadto wyposażonym nie tylko w ów silnik, ale i w opracowane przez admirała specjalne kotły. Slup spłynął na wodę 6.02.1844, lecz wyposażanie i próby miały potrwać BARDZO długo. W końcu lipca Dundonald pisał o uzyskaniu przez silnik (próbowany na lądzie) wielkiej próżni, a 1 sierpnia przeprowadzono próby kotłów w Portsmouth. W drugiej połowie października znowu uruchomiono silnik na lądzie, po czym rozebrano go i przesłano w częściach do Chatham, gdzie miał być zmontowany na okręcie. Ponowna próba kotłów w listopadzie wypadła – zdaniem lorda – jeszcze lepiej, ale nie wszyscy świadkowie podzielali tę opinię. Nieustannie pojawiające się usterki spowodowały, że w pierwszy rejs próbny Janus wyszedł dopiero 18 grudnia 1845 r. (!). Według korespondenta „Timesa” przejście z Chatham do Sheerness odbywało się przy 14 obrotach kół na minutę, potem obroty spadły do 11 na minutę, a w końcu trzeba było rzucić kotwicę. Następnego dnia nie udało się uruchomić silnika aż do południa; w końcu ruszył, ale rozwijając zaledwie 5 obrotów na minutę. Po wyjściu z rzeki na pełne morze Janus nie był w stanie sprostać falom przy dobrej pogodzie, kiedy inne jednostki rozwijały pełną prędkość, i musiał zawrócić do Sheerness. Jeszcze przed dotarciem do przystani, silnik okrętu całkowicie wyzionął ducha, i slup trzeba było holować. Korespondent gazety konkludował, że skoro po roku intensywnej pracy i setkach prób nie uzyskano żadnego efektu, to kwestia wadliwości maszynowni nie podlega dyskusji. Krytykował też brak (może rzekomy?) zabezpieczeń, słabą wydajność kotłów i konstrukcję kotłowni. Redakcja pisma ”The Practical Mechanic and Engineer’s Magazine” opublikowała odpowiedź Dundonalda, ale przyznała rację krytykom twierdząc, że inherentne wady tkwiły u samych podstaw idei silnika jego lordowskiej mości i nie można było ich przezwyciężyć.
Tymczasem earl Dundonald był zachwycony – przynajmniej oficjalnie - owym grudniowym rejsem, a ściśle biorąc właściwościami ujawnionymi wtedy zarówno przez jego SILNIK ROTACYJNY, jak i przez kształt kadłuba okrętu. Na krytykę odpowiadał, że niska prędkość obrotowa silnika w pierwszej fazie rejsu utrzymywana była SPECJALNIE, gdyż jeszcze przed wypłynięciem doszło do awarii niedbale wykonanego sprzęgła i obawiano się pośrednich skutków dla pracy maszyny, która przed tym zdarzeniem przyspieszała bez problemu do 18 i 20 obrotów na minutę. Na noc zakotwiczono tylko dla uniknięcia przechodzenia po ciemku nad mieliznami. Następnego dnia nie dało się uzyskać próżni w jednym z cylindrów (z powodu przemieszczenia się zaworu odpowietrzającego, przez co do skraplaczy dostawało się powietrze atmosferyczne), a więc całą pracę wykonywał tylko drugi cylinder. Wykryta potem awaria pompy skroplinowo-powietrznej wynikała ze złego montażu po kontroli – słowem wszystkie usterki, które uniemożliwiły efektywną pracę silnika nie miały, zdaniem projektanta, nic wspólnego z istotą działania maszyny. Dundonald twierdził również, że kotły jego pomysłu udowodniły swoją sprawność i wydajność, a urządzenie kotłowni okazało się lepsze niż na innych okrętach Royal Navy.
Z perspektywy blisko 170 lat dalszego rozwoju techniki możemy chyba ocenić, że prawda leżała z grubsza pośrodku. Idea uzyskiwania obrotów wału przez bezpośredni OBRÓT SAMEGO TŁOKA, bez konieczności zamiany ruchu posuwisto-zwrotnego na ruch obrotowy, na pewno nie była błędna, jak tego dowodzą turbiny parowe czy stale jednak doskonalone rotacyjne silniki spalinowe. Lecz realizacja tej idei do dziś sprawia kłopoty. Awarie nie dowodziły wprawdzie błędności zasadniczej koncepcji Dundonalda, ale wcale też nie były „zewnętrzne”, jak chciał je widzieć projektant, lecz integralnie związane z problemami wykonawczymi, materiałowymi itp., niemożliwymi do przezwyciężenia w tamtej epoce.
Podobno w ciągu następnych dwóch lat HMS Janus nieustannie wracał do stoczni dla dokonywania większych lub mniejszych przeróbek i ciągle nie był gotowy pod koniec 1847 r. Kiedy w 1849 przeklasyfikowano go na holownik, uznano jego SILNIK ROTACYJNY za bezużyteczny. W 1855 maszynę tę ostatecznie wymieniono na klasyczny silnik boczno-balansjerowy, co zakończyło okrętowe wykorzystanie konstrukcji Dundonalda.

Krzysztof Gerlach
CDN
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
kgerlach
Administrator



Dołączył: 20 Lip 2010
Posty: 5316
Przeczytał: 2 tematy


PostWysłany: Pią 21:59, 10 Wrz 2010    Temat postu:

10.2. SILNIK OBROTOWO-NAWROTNY, SILNIK WAHADŁOWY (semi-rotative engine, pendulum engine, Pendelmaschine)

Oczywista trudność zapewnienia właściwego ruchu i uszczelnienia ruchomych przegród oddzielających w cylindrze silnika rotacyjnego część ciśnieniową od próżniowej (bez względu na to, czy przegrody te były odchylane czy przesuwane), skłoniła do zastanawiania się nad rozwiązaniem z przegrodą nieruchomą. Rzecz jasna, w takim przypadku skrzydłowy tłok po dojściu do przegrody nie mógł biec po obwodzie dalej – musiał wracać do pierwotnej pozycji. Nie wykonywał więc pełnych obrotów, tylko ich części, kolejno w naprzemiennych kierunkach.
Koncepcję takiego silnika obrotowo-nawrotnego - czy „pół-obrotowego”, jak go wówczas nazywano – opracował już w 1782 r. James Watt. Ponieważ maszyna miała służyć tylko do napędu pomp kopalnianych, konstruktor nie kłopotał się zamianą ruchu nawrotnego na ciągły – ten pierwszy nadawał się znakomicie do poruszania w górę i w dół cięgnami pomp (rys. 56).


Rys.56. Zgrubny szkic koncepcji silnika obrotowo-nawrotnego wg idei Watta z 1782 r.
Po lewej: para dostarczana rurą „1” przez otwarty zawór „2” dostaje się do rury zasilającej „4”. Ponieważ zawór „6” jest zamknięty, para wypełnia przestrzeń pod tłokiem skrzydłowym „8”, pcha go i w ten sposób obraca wałem „9”. Po drugiej stronie tłok wypycha zużytą parę do rury „5” – ponieważ zawór „3” jest zamknięty, a zawór „7” otwarty, para ta przechodzi rurą „10” do skraplacza. Na chwilę przed uderzeniem tłoka w stałą przegrodę „11”, otwierają się zawory „3” i „6”, zaś zamykają „2” i „7” i następuje przejście do sytuacji przedstawionej w środku.
Po prawej przedstawiona jest zewnętrzna strona pokrywy cylindra. Osadzone na wale „9” koła zębate „12” i „13”, poruszając się na zmianę w lewo i w prawo, podnoszą oraz opuszczają zakończone zębatkami drążki „14” i „15” pomp skroplinowo-powietrznych silnika oraz cięgna „16” i „17” pomp kopalnianych.

Zamiana ruchu obrotowo-zwrotnego na obrotowy ciągły, niezbędny do napędu okrętów przy pomocy kół lub śruby, nie byłaby żadnym problemem – wystarczyło użyć korby. Jednak ani sam Watt, ani inni konstruktorzy nie poszli tą drogą przez bardzo długi okres czasu.

Dopiero w 1844 r. John Ericsson zamontował opracowaną przez siebie podobną maszynę (z wieloma wysoce oryginalnymi rozwiązaniami) na fregacie Princeton, pierwszym okręcie śrubowym marynarki wojennej Stanów Zjednoczonych. Zamiast pełnego cylindra użył dwóch leżących obok siebie połówek cylindrów (przeciętych wzdłuż osi walca), przez co jego silnik znany był też pod nazwą „pół-cylindrowego”. Te półcylindry miały po 2,44 m długości i promień 0,91 m. Tłok skrzydłowy w każdym z nich nie przemierzał całej objętości, tylko (zawieszony na wale umieszczonym u góry) huśtał się niczym wahadło zegara, po kilkadziesiąt stopni w prawo i lewo (rys. 57).


Rys.57. Silnik wahadłowy Ericssona. Rzuty poglądowe – w różnych podziałkach i odmiennych proporcjach.
Po lewej u góry pojedynczy pół-cylinder z kanałami doprowadzenia i wyprowadzenia pary.
Po prawej u góry rzut z boku, z pokazaniem końcówki wału, na której mocowano wahacz do przekazywania momentu obrotowego na korbowód i dalej na wspólny wał korbowy – ten układ przedstawiony
u dołu: kolorami pokazałem miejsce kolejnych położeń osi obu wahaczy, korbowodów i korby wału korbowego, zapewniających ciągły ruch obrotowy wału, mimo obrotowo-nawrotnego ruchu tłoków. Widać, że tłoki musiały pracować w różnych fazach, a ich wahania przebiegały ze zmieniającą się prędkością. Jak przekonamy się później, z jakiegoś powodu Ericsson uwielbiał takie rozwiązanie w maszynach rozmaitych typów.

Silnik z fregaty Princeton obliczano na 250 koni nominalnych. Rozwijał moc indykowaną 330 koni. Charakteryzował się zwartością, a przede wszystkim był bardzo niski, co powalało na swobodne mieszczenie go poniżej linii wodnej – rzecz niezwykle istotna w epoce drewnianych, nieopancerzonych okrętów wojennych. Na fregacie Princeton nie stwarzał większych problemów eksploatacyjnych, a jego osiągi uważano za dobre. W 1851 r., po rozbiórce fregaty, wciąż sprawną maszynę parową przeniesiono na nowy okręt Princeton II, gdzie rozwinął nawet ponad 480 koni indykowanych. Mimo tego silnik „pół-cylindrowy” Ericssona pozostał jedynym przykładem zastosowania takiego rozwiązania na okręcie wojennym. Sam konstruktor uznawał dużą większą trudność uszczelnienia pokryw półcylindrów w porównaniu z wykorzystywaniem uszczelek podgłowicowych dla cylindrów pełnych - po dość krótkim czasie zaniechał dalszych prac rozwojowych. Ponieważ silnik wahadłowy był przy tym przez Ericssona opatentowany, trudno się dziwić, że nikt się nie kwapił do pójścia drogą zarzuconą nawet przez prekursora.

Przemysław Urbański nazwał maszynę z okrętu Princeton OSCYLACYJNĄ, co jest określeniem merytorycznie oczywiście całkiem słusznym, ale wyjątkowo niefortunnym, gdyż niechcący utożsamia tę konstrukcję z całkowicie odmiennymi silnikami oscylacyjnymi (wahliwymi), w których cały cylinder kołysał się w takt obrotów wału korbowego – jak opisane wyżej w p.8 – a przecież tamte były klasycznymi maszynami z tłokami walcowymi o ruchu posuwisto-zwrotnym, czyli należały do KOMPLETNIE INNEJ grupy!!!
Zobaczymy zresztą później wielokrotnie, że pewne ubóstwo językowe dawnych mechaników prowadziło do powtarzania różnych nazw dla zupełnie odmiennych konstrukcyjnie typów, co do dzisiaj wprowadza w błąd czytelników (a nawet niektórych autorów wierzących święcie, że jedyna godna uwagi i prawdziwie twórcza praca naukowa polega na przepisywaniu z archiwów, a nie na samodzielnym myśleniu i analizie).

Krzysztof Gerlach
CDN
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
kgerlach
Administrator



Dołączył: 20 Lip 2010
Posty: 5316
Przeczytał: 2 tematy


PostWysłany: Pią 11:33, 17 Wrz 2010    Temat postu:

10.3. SILNIK TARCZOWY (disc- engine)

Historia rozwoju tego typu jest długa i dość zawiła. Musiało upłynąć wiele lat, nim z lądu i wód śródlądowych trafił na jednostki morskie (w tym skrajnie nieliczne okręty wojenne), a bardzo niewiele czasu potrzebowano, by go z zastosowań na morzu całkowicie wyrugować. Dla mnie z kolei stwarza on największą trudność ilustracyjną, gdyż nawet rysunki trójwymiarowe nie oddają dobrze jego działania. Pełną jasność mogłaby dać tylko – jak w przypadku żadnego innego z omawianych silników – animacja komputerowa.
Problem polega na tym, że ruchome elementy SILNIKA TARCZOWEGO zmieniały swoje położenie równocześnie w kilku płaszczyznach, na dodatek często same nie wirując, a mimo tego wytwarzając ruch obrotowy, zatem płaskie rzuty nie są w stanie tego oddać.

SILNIK TARCZOWY ukazał się na scenie historii późno, bowiem dopiero w latach 1820. Właściciele młyna w Darley Dale (Derbyshire), bracia Edward i James Dakeyne’owie, zaprojektowali i zbudowali wtedy silnik hydrauliczny takiego pomysłu (medium była woda spiętrzona w sposób naturalny). Uzyskali patent w 1830 r., zaś ich maszyna rozwijała 35 koni. Późniejsze zastosowanie (lądowe) było dość różnorodne (m.in. do odwadniania kopalń).
W 1836 r. panowie Taylor i Davies opatentowali wersję parową silnika hydraulicznego Dakeyne’ów, i w tym samym roku udzielili praw produkcyjnych firmie Fardon & Gossage, zajmującej się eksploatacją miejscowych źródeł solanki. W ich konstrukcji nie tylko zmieniono medium robocze, położenie wału napędowego z pionowego na poziomy, ale i odwrócono cały układ w sensie kinematycznym. W maszynie Dakeyne’ów kiwał się tarczowy tłok w nieruchomym korpusie, a w efekcie końcówka drążka mocowanego do tłoka zataczała w przestrzeni koła, natomiast u Taylora i Daviesa moment obrotowy odbierano z wirującego korpusu. Już około 1836 r. parowy silnik tarczowy napędzał rufowe koło łopatkowe na kanałowym holowniku, do 1838 r. inne egzemplarze pompowały solankę. W 1839 powstała nowa spółka pod nazwą Birmingham Patent Disc Engine Company, w skład zarządu której weszli zarówno przedstawiciele właścicieli patentu, jak firmy produkcyjnej, i odtąd to właśnie przedsiębiorstwo dysponowało prawami do produkcji. Do 1841 wykonano już 26 takich maszyn parowych, wszystkie o bardzo małej mocy (do 30 koni). Napędzały pojazdy szynowe, młocarnie, wyciągały windy w kopalniach. W latach 1840-1845 silniki tarczowe instalowano na rozmaitych barkach i holownikach kanałowych, ale z nikłym powodzeniem i w 1844 r. Birmingham Patent Disc Engine Company zbankrutowała.
Osobą, z którą wiąże się trzecią fazę rozwoju SILNIKÓW TARCZOWYCH był inżynier kolejowy George Daniell Bishopp. Pierwszą maszynę wg jego projektu zbudowano w 1840 r., a patent został przyznany w 1845 r. Bishopp powrócił do układu pierwotnego, z tłokiem wprawiającym w ruch koło korbowe mocowane do wału napędowego. Aby umożliwić wykorzystywanie pracy rozprężania pary, okna zamykano i otwierano zaworem suwakowym. Bishopp i jego partnerzy (Barnard Farey i Bryan Donkin) patentowali rozmaite rozwiązania szczegółowe, lecz wykonanie powierzali na ogół renomowanym firmom silnikowym, jak np. J. & G. Rennie (która zresztą zatrudniła Bishoppa w 1849 r.). Maszyny te, produkowane w ograniczonych ilościach, nadal znajdowały różnorodne zastosowania. Dla nas najbardziej interesujące będzie oczywiście wykorzystanie ich do napędu morskich jednostek pływających.
Silnik tarczowy systemu Bishoppa, o średnicy cylindra 69 cm, wykonany w firmie J. & G. Rennie, zainstalowano w 1849 r. na żelaznej kanonierce śrubowej Royal Navy, HMS Minx z 1846 r. Nie miał on zastępować głównej maszyny parowej tego okrętu (wówczas poziomej, oscylacyjnej, firmy Seaward & Capel), tylko przez odpowiednie sprzęglenie z wałem napędowym podnosić maksymalną prędkość (o 11 procent). J. & G. Rennie planowali też użycie podobnego silnika do napędu drewnianego slupa bocznokołowego Cruizer brytyjskiej marynarki wojennej (z 1852 r.), ale ostatecznie wybrali rozwiązanie standardowe. Wymienia się za to kilka innych jednostek pływających, na których firma Rennie zamontowała swoje SILNIKI TARCZOWE w latach 1850.: dwa małe parowce nilowe z napędem śrubowym dla gubernatora Egiptu, maleńką, bardzo wąską łódź parową dla europejskiego odbiorcy prywatnego, śrubowy prom kanałowy do użytku w Indiach, dwie żelazne kanonierki śrubowe dla rządu indyjskiego. Zwraca uwagę zdecydowana przewaga w tym zestawieniu okrętów i statków śrubowych. Wynika to z faktu, że silniki tarczowe systemu Bishoppa, chociaż z reguły bardzo małych wymiarów (średnice cylindrów rzędu 25-53 cm) i mizernych mocy (8 do 30 koni), pracowały przy ciśnieniu pary uważanym wtedy za bardzo wysokie i rozwijały prędkości dochodzące do 320 obr/min, podczas gdy bocznokołowcom wystarczało 14-40 obr/min, zazwyczaj nawet poniżej 30. John Bourne, w późnych wydaniach pracy o silnikach parowych w ogóle ignoruje tę konstrukcję, ale szczegółowo ją opisuje w traktacie o napędzie wczesnych okrętów śrubowych.
Najciekawszą (oczywiście wg mojego indywidualnego gustu) instalacją było wyposażenie w 1853 r. w silnik o średnicy cylindra zaledwie 33 cm rosyjskiej kanonierki śrubowej o długości 17,8 m. Pozwolił on tej maleńkiej jednostce, uzbrojonej podobno w jedno działo 3-calowe, rozwinąć prędkość 7 węzłów. Admiralicja w Rosji była jakoby zachwycona tym nabytkiem i tylko wybuch wojny krymskiej pozbawił firmę Rennie cennego rynku zbytu. Nie udało mi się potwierdzić tych informacji w literaturze rosyjskiej, lecz dla rozwoju SILNIKÓW TARCZOWYCH miało to już i tak znikome znaczenie, bowiem ostatnie znane zamówienia na maszyny omawianego typu pochodzą z 1857 r. Nieustanne problemy z zachowaniem szczelności i zużyciem ciernym spowodowały wycofanie wszelkich silników o tłoku obrotowym na kilka stuleci.


Rys.58. Główne elementy silnika tarczowego. U góry: korpus cylindra (po lewej w przekroju) wykonany z fragmentu czaszy jako pobocznicy, dwóch stożków ściętych (skierowanych wierzchołkami do środka korpusu) jako pokryw dennych, fragmentów powierzchni kulistej jako gniazd dla przegubu centralnego oraz nieruchomej, płaskiej przegrody klinowej, biegnącej od zewnątrz do środka komory w jednym, wybranym miejscu cylindra. W środkowym rzędzie: tłok tarczowy z kulistym zgrubieniem pośrodku, tworzącym centralny przegub kulowy, oraz wychodzącym z niego drążkiem, po lewej w wersji Dakeyne’ów, czyli z jednostronnym drążkiem skierowanym ku górze i podparciem od dołu w wewnętrznym przegubie kulistym na kolumnie; w środku w wersji Daviesa i Taylora z tłokiem tarczowym wirującym razem z drążkiem wokół wspólnej osi, ale zarazem z przytrzymywaniem tego drążka w pozycji pochyłej pod stałym kątem, w jednej płaszczyźnie (zewnętrzny koniec nie mógł tu zataczać kół); w wersji Bishoppa z drążkiem poziomym obustronnym, zawieszonym dodatkowo (dla zmniejszenia obciążeń łożysk i uszczelek) na łukowatym jarzmie. U dołu: możliwości kiwania się tarczy tłoka (narysowane tylko w dwóch płaszczyznach prostopadłych do klinowej przegrody).


Rys.59. Idea działania silnika tarczowego w wersji z przekazywaniem napędu od kiwającego się wielopłaszczyznowo (ale – ściśle biorąc nie obracającego się!) tłoka tarczowego do korby wału napędowego. Kolejne fazy oznaczone numerami. Promień korby ma taką wartość, że tarcza tłoka – bez względu na położenie – zawsze musi stykać się (wzdłuż tworzących stożka) po jednej stronie z jednym stożkiem pokrywy dennej, po drugiej stronie – z drugim (zamykając na tych liniach przepływ medium). Jeśli teraz wzdłuż nieruchomej przegrody doprowadzimy z jednej strony świeżą parę, a z drugiej będziemy odbierać zużytą (zaś tarcza tłoka będzie jak w pozycji „1”), ciśnienie działające na tarczę zacznie przechylać jej dolną część w lewo. Ale tarcza nie ma pełnej swobody ruchu, gdyż stale opiera się na dwóch stożkach dennych (i ślizga się w szczelinie po przegrodzie klinowej), więc owo przemieszczenie się dolnej części tarczy w lewo jest możliwe tylko pod warunkiem „przetoczenia” się po stożkach, co z kolei spowoduje, że tarcza ustawi się zarazem bardziej prostopadle do ekranu. Trwa to nieustannie, więc chociaż tarcza tylko się kiwa, to w taki sposób, że zewnętrzny koniec zamocowanego do niej centralnie drążka zatacza w powietrzu koła. Te położenia końca drążka, odpowiadające pozycjom tarczy od „1” do „5”, pokazałem całkiem z prawej strony dolnego rzędu.




Ilustr.60,61. Rozwiązanie silnika tarczowego w wersji z drążkiem napędzającym koło korbowe poziomego wału napędowego, dzięki ciągłej zmianie położenia w przestrzeni osi drążka. Połączenie między drążkiem a kołem korbowym zapewnia kolejny przegub kulowy. Zdjęcia modelu takiej maszyny, wystawionego w Science Museum, w Londynie [fot. Grażyna Gerlach]. Zęby na stożkowych powierzchniach wewnętrznych cylindra i na tarczy wirującego tłoka miały pomagać w zachowaniu szczelności na zasadzie znanej z pomp śrubowych i sprężarek Rootsa.


Rys.62. Odmiana silnika tarczowego z obracającym się korpusem (wersja Daviesa/Taylora), od którego odbierany jest moment obrotowy. Tłok tarczowy, identycznie jak w innych wersjach ustawiony prostopadle do drążka, akurat tutaj też wiruje, jednak oś obrotu drążka nie przesuwa się w przestrzeni, bowiem jest mocowana w specjalnym uchwycie. Rysunki w rzucie z boku, znane w niemal identycznych postaciach z literatury i sieci, słabo wyjaśniają zasadę działania, więc dodałem rzut z góry – także w tym rzucie zarys tarczy się nie zmienia, ponieważ jednak wiruje z nią korpus i przegroda klinowa, więc w każdym położeniu tarcza przesuwa się w miejscu styku swojej szczeliny z przegrodą, czyli naprawdę przemieszcza się w komorze cylindra (kiwa wzdłuż przegrody). To przemieszczanie się tarczy względem przegrody pozwala na tworzenie stref nadciśnienia i podciśnienia przy wprowadzaniu i wyprowadzaniu pary.


Rys.63. Schemat pokazujący zachowanie potrzebnej ruchomości tarczy i drążka - mimo przenoszenia znacznej części obciążeń przez jarzmo - w silniku tarczowym Bishoppa.

W 1993 r. Leonard Meyer z Illinois uzyskał amerykański patent na nutating internal combustion disc engine, co można by przetłumaczyć dosłownie na „trzęsący chorobliwie głową tarczowy silnik wewnętrznego spalania”, który na tyle nawiązuje do idei dawnych, parowych silników tarczowych, że naprawdę warto zobaczyć jego animację na stronie
[link widoczny dla zalogowanych] (pod koniec). A w ogóle, jeśli ktoś za diabła nie zrozumiał niczego z moich tłumaczeń, można wejść na świetną stronę [link widoczny dla zalogowanych] i spróbować, czy zdolność do klarownych wyjaśnień jej autora nie okaże się większa.

Krzysztof Gerlach
CDN
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
kgerlach
Administrator



Dołączył: 20 Lip 2010
Posty: 5316
Przeczytał: 2 tematy


PostWysłany: Śro 17:12, 22 Wrz 2010    Temat postu:

11.1. JEDNOTŁOCZYSKOWY SILNIK POZIOMY Z NORMALNIE PROWADZONYM KORBOWODEM, do napędu śruby (horizontal single piston-rod engine, machine horizontale a bielle directe)

Ten typ parowej maszyny okrętowej nazywa się często poziomym silnikiem bezpośredniego działania (horizontal direct-acting engine), co w tym wypadku oznacza pomieszanie dwóch różnych rzeczy i może wprowadzać w błąd.
Bocznokołowce miały już rozmaitego rodzaju silniki bezpośredniego działania – na nich taka nazwa oznaczała konstrukcję obywającą się bez wahaczy (bez górnego balansjera czy bocznych), z korbowodem mocowanym wprost do krzyżulca tłoczyska. Typowym przedstawicielem takiej maszyny był silnik typu „Gorgon” i wszystkie konkurencyjne, rozwinięte wg tego samego pomysłu. Jednotłoczyskowy silnik poziomy z normalnie prowadzonym korbowodem, to jakby przewrócona na bok maszyna typu „Gorgon” i o taką właśnie „bezpośredniość działania” chodziło także w tym przypadku.
Ale dla okrętów śrubowych przyjęło się zupełnie inne znaczenie terminu „BEZPOŚREDNIEGO DZIAŁANIA” (direct-acting). Wszystkie normalne silniki do napędu kół łopatkowych były oczywiście wolnoobrotowe, więc kiedy wprowadzono śrubę (wymagającą do skutecznej pracy nieporównanie wyższych obrotów niż potrzebne dla kół łopatkowych), ogólną praktyką stało się adoptowanie jednego czy drugiego typu z już istniejących maszyn i napędzanie wału śrubowego przez przekładnię przyspieszającą, zazwyczaj zębatą. Od tej przekładni (gear) zwano je geared engines, bez względu na typ konstrukcyjny. W latach 1850. silniki z przekładniami zostały zastąpione na śrubowcach przez maszyny bezpośredniego działania, pracujące z dużo większą prędkością i dzięki temu mogące już obracać wałem bezpośrednio. Możliwe to było m.in. dzięki postępowi w budowie kotłów, które dostarczały teraz parę pod wyższym niż dawniej ciśnieniem. Jednak w tym wypadku nazwa „silnik bezpośredniego działania” w ogóle nic nie mówiła (poza zasygnalizowaniem braku przekładni przyspieszającej) o jego konstrukcji, w której korbowód wcale nie musiał być montowany do tłoczyska, a nawet nie musiał w ogóle występować.

Wróćmy więc do naszego JEDNOTŁOCZYSKOWEGO SILNIKA POZIOMEGO Z NORMALNIE PROWADZONYM KORBOWODEM (do napędu śruby), który mógł napędzać wał śrubowy zarówno pośrednio (jeśli był wolnoobrotowy), jak i bezpośrednio (gdy był szybkoobrotowy). Fakt, że to ostatnie rozwiązanie z czasem zaczęło zdecydowanie przeważać, nie zmienia postaci rzeczy.

Na śrubowych okrętach wojennych ważna była nie tylko wielkość, ale i umiejscowienie przestrzeni zajmowanej przez maszynę parową. Do czasu wprowadzenia pancerza, pionowe ustawienie cylindrów (zwłaszcza w wersji nad wałem śrubowym) i narażenie ich w ten sposób na ogień przeciwnika, niwelowałoby połowę korzyści z zastosowania śruby zamiast kół łopatkowych. Stąd powszechny stał się układ z cylindrami poziomymi czy ewentualnie bardzo silnie pochylonymi.
Oczywiście na jednostkach eksperymentalnych, na których dopiero próbowano czy i jak śruba nadaje się do napędu okrętów, nie przestrzegano tego wymogu – zwodowany w 1838 r. i ukończony w 1839 cywilny statek Archimedes (którego twórca miał nadzieję odkupienia jednostki przez brytyjską Admiralicję po pomyślnych próbach) został wyposażony w silnik firmy John & George Rennie, o mocy nominalnej 80 koni, dwucylindrowy, gdzie cylindry stały pionowo, wzdłuż osi statku i napędzały leżący wyżej wał korbowy. Także ta maszyna parowa nazywana jest często w angielskich opracowaniach dzisiejszych BARDZO NIEKONSEKWENTNIE (!!!) silnikiem bezpośredniego działania w starym tego słowa znaczeniu (tzn. sygnalizując brak balansjerów), choć był jak najbardziej silnikiem przekładniowym – obroty wału korbowego nie przenosiły się na śrubę bezpośrednio, lecz za pośrednictwem dwustopniowej przekładni zębatej, zwiększającej prędkość z 26 obr/min wału korbowego do około 130-140 obr/min wału śrubowego. Inna jednostka eksperymentalna, mały tender Royal Navy Bee, wykorzystywała do napędu śruby (przez przekładnię przyspieszającą) nawet silnik boczno-balansjerowy. Były w tej grupie jeszcze inne pionowe silniki przekładniowe, silniki syjamskie, wahliwe.
Jednak już w 1846 r. ukończono przebudowę ex-żaglowego 74-działowca HMS Ajax na parowo-żaglowy „okręt blokadowy”, co m.in. obejmowało zainstalowanie SILNIKA POZIOMEGO, POJEDYNCZOTŁOCZYSKOWEGO, Z NORMALNIE PROWADZONYMI, BARDZO KRÓTKIMI KORBOWODAMI, napędzającymi wał śrubowy BEZPOŚREDNIO, czyli będącego przy tym SILNIKIEM BEZPOŚREDNIEGO DZIAŁANIA zarówno w nowym, jak starym tego słowa znaczeniu.
Maszyna ta została skonstruowana przez firmę Maudslay, Sons & Field. Przy mocy 450 koni nominalnych, rozwijała moc 846 czy 931 koni indykowanych. Średnica cylindrów wynosiła 140 cm, a skok tłoków – tylko 76 cm. Wał korbowy miał dwa wykorbienia ustawione względem siebie pod kątem prostym.
W silnikach tego typu cylinder, tłoczysko i korbowód zajmowały tylko połowę szerokości okrętu, do wału śrubowego. Chociaż przestrzeń po drugiej stronie mogła być wykorzystana na inne urządzenia maszynowni, czy nawet przeciwnie ustawione, kolejne cylindry, to omawiane rozwiązanie i tak wymuszało STOSOWANIE KRÓTKICH KORBOWODÓW (rys. 64).


Rys.64. Silnik z (żółtym) korbowodem prowadzącym prosto od krzyżulca (kończącego czerwone tłoczysko i prowadzonego prostoliniowo w zielonych prowadnicach) do wału korbowego i mieszczący się w całości na połowie szerokości niewielkiego okrętu, MUSIAŁ mieć krótki korbowód, bez względu na to, jak racjonalnie zagospodarowana byłaby druga połówka i jak dobrze rozplanowane rozłożenie ciężarów.

Jak już przypominałem przy innej okazji, krótki korbowód to duże kąty jego odchylenia od osi tłoczyska, a w efekcie znaczny wzrost bocznych składowych reakcji w krzyżulcu (wodziku) i panewce korbowodu, nierównomierność momentu obrotowego, a w ostatecznym rezultacie silna wibracja oraz przegrzewanie się panewek sworzni krzyżulców, panewek czopów korbowodowych, i ich przyspieszone wycieranie się.
Zwiększanie stosunku długości korbowodu do promienia wykorbienia, dające zmniejszenie kąta, a możliwe do uzyskania poprzez skrócenie suwu tłoka (czyli jednocześnie promienia korby), musiałoby oznaczać wzrost powierzchni tłoka – aby zachować te samą pojemność skokową cylindra – że zaś przy tym samym ciśnieniu w cylindrze siła wzdłużna wzrasta proporcjonalnie do wzrostu powierzchni tłoka, obciążając sworznie i panewki, skórka nie warta byłaby wyprawki. Problemy te były bardzo trudne do opanowania, rujnowały służbę pierwszych okrętów śrubowych z takimi silnikami i stąd wielka popularność innych typów maszyn parowych używanych do napędu śruby – o niektórych już pisałem, o pozostałych zostało jeszcze bardzo wiele do opowiedzenia.

Ale mimo tego, POZIOMY SILNIK Z POJEDYNCZYM TŁOCZYSKIEM I NORMALNIE SKIEROWANYM KORBOWODEM, jako zdecydowanie najprostsza jednostka napędowa na śrubowcach, miał bardzo wielu zwolenników wśród ówczesnych konstruktorów i mechaników.
Dzięki prostocie mógł być niezwykle zwarty (il. 65 i 66), bardziej niezawodny, łatwiejszy do przeglądów i napraw, wykazywał mniejsze straty cieplne (więc i zwykle mniejsze zużycie paliwa), sprawiał mniej kłopotów z uszczelnieniami niż bardziej wyszukane, skomplikowane konstrukcje.

[link widoczny dla zalogowanych]
Il.65. Piękny model silnika z HMS Ajax, własność Science Museum w Londynie –fot. Grażyna Gerlach]. Rzucają się w oczy podwójne mimośrody i jarzmo stawidła Stephensona (które przekazuje napęd na porzeczny wałek – lepiej widoczny na następnym zdjęciu – przez kamień i jednoramienną, krótką dźwignię) oraz charakterystyczne „daszki” nad każdym cylindrem. Te ostatnie kryły po dwa, nachylone względem siebie suwaki w jednej komorze (zamiast typowego dawniej jednego), dzięki czemu skrócono drogę przepływu pary i zmniejszono wymiary zaworów.

[link widoczny dla zalogowanych]
Il.66. Ten sam model, instytucja i fotograf. Zdjęcie od strony wału korbowego. Świetnie widać wałki (napędzane od stawideł Stephensona) przekazujące ruch na trzony suwaków kryjących się parami w daszkowych komorach suwakowych. Na pierwszym planie pompy powietrzno-skroplinowe, usytuowane pod wałem korbowym i napędzane od niego za pośrednictwem mimośrodów (dla zmniejszenia skoku – wykorbienie było do tego za duże). Same skraplacze pomieszczono w łożu silnikowym dla jeszcze bardziej zwartej konstrukcji całego zespołu.

Wielu wytwórców silników oferowało maszyny parowe tego typu. Na ogół te same firmy zaopatrywały Royal Navy, pierwsze śrubowce cywilne oraz okręty wojenne sprzedawane do innych państw. Faworyzowanymi dostawcami POZIOMYCH SILNIKÓW bezpośredniego działania do napędu śruby dla marynarki brytyjskiej byli John Penn z Greenwich oraz Humphrys, Tennant & Dykes z Deptford, ale określenie takie jest szersze od konstrukcji omawianej w tym punkcie, a ponadto swoje oferty przedstawiali też (i realizowali zamówienia) inni, np. firma Seaward & Capel.


Rys.67. Poziomy silnik z pojedynczymi (czerwonymi) tłoczyskami i żółtymi korbowodami sprzęgającymi bezpośrednio krzyżulec z zielonym wałem korbowym (w tym sensie BEZPOŚREDNIEGO DZIAŁANIA), a równocześnie z przekładnią przyspieszającą (a więc w tym znaczeniu NIE – BEZPOŚREDNIEGO DZIAŁANIA, tylko przekładniowy) zainstalowany w 1849 r. na śrubowej fregacie HMS Greenock przez firmę Scott, Sinclair. Fregata była wąska, lecz przesunięcie wału korbowego bliżej przeciwległej burty (napęd wracał na centralnie położony, niebieski wał śrubowy przez tę właśnie przekładnię) umożliwiło użycie korbowodów o całkiem znośnej długości. Takie rozwiązanie dobrze się nadawało dla małych okrętów i zastosowano je także na innych jednostkach, np. amerykańskim slupie śrubowym San Jacinto w 1854 r. – silnik tego ostatniego okrętu był o tyle dodatkowo ciekawy, że napęd pomp skroplinowo-powietrznych zapewniały na nim górne wahacze sporych rozmiarów, co mogło patrzącego (niestety, dziś już tylko na rysunek) wprowadzać w błąd co do istoty działania całej maszyny.

W silnikach bezprzekładniowych, jeśli cylindry były umieszczone po obu stronach wału korbowego, nie dało się wydłużać korbowodów przez żadne przesuwanie wału, jak w konstrukcji przedstawionej na rys. 67. Prawdziwe wyzwanie pojawiało się jednak wtedy, gdy w takim układzie pracował silnik przekładniowy, bo trzeba było jeszcze dodatkowo zmniejszyć odległość między krzyżulcem a korbą, aby gdzieś pomieścić wały kół zębatych. A jednak ówcześni konstruktorzy z godnym uznania powodzeniem stawiali czoła takim wyzwaniom (rys. 68).


Rys.68. Czterocylindrowy silnik przekładniowy zwodowanej w 1847 r. śrubowej fregaty HMS Termagant. Przy niezwykle małej odległości między końcem czerwonych tłoczysk a wałami korbowymi (które dopiero przez przekładnie przekazywały moment na centralny wał śrubowy), wydłużono żółte korbowody w ten sposób, że ramiona zielonych krzyżulców cofały się ku cylindrom i dopiero stamtąd widlaste korbowody kierowały się ku wykorbieniem wałów.

Krzysztof Gerlach
CDN


Ostatnio zmieniony przez kgerlach dnia Nie 21:54, 06 Wrz 2015, w całości zmieniany 1 raz
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
kgerlach
Administrator



Dołączył: 20 Lip 2010
Posty: 5316
Przeczytał: 2 tematy


PostWysłany: Nie 7:31, 26 Wrz 2010    Temat postu:

CIĄG DALSZY pojedynczotłoczyskowych silników poziomych z normalnie prowadzonymi korbowodami (do napędu śruby).

Ponieważ przy wszystkich swoich wadach maszyny tego typu charakteryzowały się niewątpliwą zwartością i prostotą, używano ich chętnie na rozmaitych okrętach niewielkich wymiarów. Śrubowe kanonierki budowane masowo w Wielkiej Brytanii w czasie wojny krymskiej (1854-1856) wyposażono w silniki Penna i Maudslaya. Część z tych jednostek otrzymała maszyny firmy John Penn & Sons o mocy zaledwie 20 bądź 40 koni nominalnych i w tym przypadku Penn nie zastosował typowego dla siebie silnika z rurowym tłokiem (silnika szybowego) lecz właśnie konstrukcję JEDNOTŁOCZYSKOWĄ, z poziomym cylindrem. Korzystając z bardzo krótkiego skoku tłoka (tylko 30,5 cm) i używając pary o wysokim ciśnieniu, dostarczanej z kotłów lokomotywowych, uzyskał silniki o dużej – jak na tamte czasy – prędkości obrotowej (220-225 obr/min), co zresztą doprowadziło do problemów ze smarowaniem, które przełożyły się na gwałtowne przegrzewanie i nadmierne zużycie łożysk.

Komisja Admiralicji brytyjskiej, wypowiadająca się w 1858 r. na temat typów maszyn parowych najbardziej odpowiadających potrzebom Royal Navy, uznała, że silnik POJEDYNCZOTŁOCZYSKOWY, Z KORBOWODEM ŁĄCZĄCYM BEZPOŚREDNIO TŁOCZYSKO Z WAŁEM KORBOWYM, do tego z pojedynczym, płaskim wodzikiem, taki jak produkuje firma Humphrys, Tennant & Dykes, jest najlepszym silnikiem okrętowym w przypadkach, gdy chodzi o małe maszyny, używane na małych okrętach.
Świadczy to o uznaniu komisji dla fachowości firmy, ale niekoniecznie o rzeczywistych wyborach Royal Navy. Lista małych jednostek marynarki wyposażonych w silniki firmy Humphrys, Tennant & Dykes jest bardzo krótka. Natomiast maszyny tego typu dostarczone przez różne firmy odznaczały się często ogromnymi rozmiarami. Instalowano je na wielu okrętach w latach 1860. i 1870. między innymi właśnie dlatego, że przy cylindrach o znacznej średnicy można było uzyskać relatywnie bardzo dużą moc. Na przykład zwodowany w 1852 r. brytyjski trójpokładowiec śrubowo-żaglowy Duke of Wellington miał dwucylindrowy silnik firmy Robert Napier & Sons, o mocy 780 koni nominalnych i 1979 koni indykowanych (średnica cylindrów 2,38 m, skok tłoków 1,37 m), który – dokładnie jak opisane wcześniej maszyny okrętów Greenock i San Jacinto – był bezpośredniego działania z uwagi na brak elementów pośredniczących między krzyżulcem tłoczyska a korbowodem, i nie-bezpośredniego działania z uwagi na konieczność użycia wielkiej przekładni przyspieszającej (pod względem generalnych rozwiązań i wyglądu bliźniaczo przypominał ten z San Jacinto). Zwodowany w 1859 r. brytyjski trójpokładowiec śrubowo-żaglowy Victoria miał dwucylindrowy silnik firmy Maudslay, o mocy 1000 koni nominalnych i 4200-4500 koni indykowanych (średnica cylindrów 2,34 m, skok tłoków 1,22 m). Dwucylindrowa maszyna parowa firmy Humphrys, Tennant & Dykes zamontowana w 1874 na krążowniku HMS Raleigh charakteryzowała się średnicą cylindrów 1,93 m i skokiem tłoków 1,37 m, ale będąc już znacznie nowocześniejszą jednostką napędową, wyposażoną w skraplacze powierzchniowe nowej generacji, z cyrkulacją wody w skraplaczach zapewnianą przez pompy odśrodkowe, używająca pary przegrzanej o nadciśnieniu 221 kPa, rozwijała około 6000 koni indykowanych!


Rys.69. Silnik firmy Humphrys & Tennant, zamontowany na opancerzonym okręcie wieżowym HMS Prince Albert z 1864 r. Przykład elegancji rozwiązań konstrukcyjnych w późnym okresie instalowania takich maszyn na największych jednostkach.

O popularności POZIOMYCH SILNIKÓW POJEDYNCZOTŁOCZYSKOWYCH Z NORMALNIE PROWADZONYMI KORBOWODAMI do napędu śrub świadczy również fakt, że maszyn takich używano nadal jeszcze wtedy, gdy na okręty wprowadzono już silniki pionowe i zastosowano wielokrotne rozprężanie pary. Przykładem może służyć układ napędowy stalowego, ale nie opancerzonego okrętu HMS Iris z 1878 r. Każdy z wałów tej dwuśrubowej jednostki napędzany był zespołem składającym się z dwóch cylindrów wysokiego ciśnienia i dwóch cylindrów niskiego ciśnienia pracujących w układzie tandem, przy czym cylindry wysokiego ciśnienia znajdowały się bliżej wałów i wchodziły w reces na płycie czołowej cylindrów niskiego ciśnienia. Przy nadciśnieniu pary wynoszącym 0,43 MPa oba silniki rozwijały łącznie około 7750 koni, co zapewniało tej jednostce rekordową jak na owe czasy prędkość c. 18 węzłów.

MASZYNY POZIOME, niezbędne na nieopancerzonych śrubowcach wojennych (by schować maszynerię poniżej linii wodnej), były wprawdzie spotykane także na jednostkach cywilnych, ale bardzo rzadko. Charakteryzowały się bowiem sporą liczbą istotnych wad, jak np. większym zużyciem ciernym cylindrów na skutek działania całej masy tłoka na boczną powierzchnię cylindra (i to prawie miejscowo) oraz kłopotliwą – w wyniki złego dostępu – obsługą.
Ponadto mniejsze statki handlowe miały często za małą szerokość dla skorzystania z silników tego typu. Jednak doświadczenie wytwórców oferujących takie konstrukcje marynarce wojennej oraz obywanie się na ogół bez hałaśliwej i ulegającej szybkiemu zużyciu przekładni przyspieszającej, czyniło je dość atrakcyjnymi w pionierskim okresie śrubowych statków cywilnych.
Na przykład linia P&O kupiła dla swoich śrubowców wiele poziomych silników bezpośredniego działania, jeszcze o pojedynczym rozprężaniu pary. Firma James Watt & Co z Birmingham dostarczyła POZIOMY SILNIK BEZPOŚREDNIEGO DZIAŁANIA Z POJEDYNCZYMI TŁOCZYSKAMI I KORBOWODAMI SKIEROWANYMI NA WPROST OD CYLINDRA DO WAŁU KORBOWEGO dla gigantycznego statku Brunela – Great Eastern z 1858 r. Cztery cylindry ustawione parami naprzeciwko siebie napędzały centralnie położony wał korbowy; przeciwlegle leżące cylindry miały korbowody przyczepione do tego samego czopa korbowego. Od krzyżulców (przesuwanych w prowadnicach) cylindrów prawoburtowych odchodziły pojedyncze korbowody, od lewoburtowych – podwójne. Przy wielkiej średnicy cylindrów (2,13 m) i krótkim skoku tłoków (1,22 m) można było uzyskać relatywnie wysoką moc unikając niedogodności związanych ze zbyt niskim stosunkiem długości korbowodu do promienia wykorbienia, ale za to pojawiała się bardzo duża siła wzdłużna. Silnik ten miał 1600 koni nominalnych, a rozwijał około 5000 koni indykowanych.

Krzysztof Gerlach
CDN
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
kgerlach
Administrator



Dołączył: 20 Lip 2010
Posty: 5316
Przeczytał: 2 tematy


PostWysłany: Śro 19:59, 29 Wrz 2010    Temat postu:

12. SILNIK Z TŁOKIEM RUROWYM, SILNIK SZYBOWY, SILNIK RUROWY (trunk engine, trunk piston engine, Trunk-Maschine, Tauchkolbenmaschine – dosłownie maszyna z tłokiem nurnikowym, machine a fourreau – dosłownie maszyna pochwowa, futerałowa) – CZĘŚĆ PIERWSZA

Jeden z najważniejszych i najbardziej rozpowszechnionych typów na żaglowo-śrubowych okrętach wojennych.
Wyjątkowo wymaga dość obszernego wprowadzenia terminologicznego, ponieważ w Polsce występuje na ogół pod nazwą całkowicie źle dobraną, a i jego określenia w innych językach bywają niejasne, bądź mylące.

Najpopularniejsza w XIX w. nazwa angielska – TRUNK ENGINE – nawiązuje do specyficznej konstrukcji tłoka, wyposażonego w środku w rurę dużej średnicy, w której częściowo chował się korbowód. Taki silnik w ogóle nie miał tłoczyska, a jeśli coś w nim można nazwać krzyżulcem, to było to mocowanie stopy korbowodu w centrum owej rury. Słowo trunk ma wiele znaczeń, lecz w tym przypadku z pewnością nie chodziło o nawiązanie do rzeczy „pełnych” w środku, jak pień, tułów, tors, trzon, ani prostopadłościennych, jak waliza, kufer, bagażnik, tylko do rurowych – jak SZYB WENTYLACYJNY w kopalniach. Zatem Anglicy myśleli o tej konstrukcji jako o silniku SZYBOWYM. Dla nich podstawowym określeniem rury jest pipe, ale nigdy nie nazwali tej maszyny parowej pipe engine czy pipe piston engine.
Niemcy przenieśli angielską nazwę niemal w całości do swojej terminologii, jako TRUNK MASCHINE, co było o tyle osobliwe, że w języku niemieckim słowo Trunk oznacza napój, trunek, łyk! Tłumacząc więc określenie typu w całości z niemieckiego można uzyskać bardzo zabawny efekt.
Francuzi starali się oddać z grubsza angielską myśl, tyle że odnosząc ją do rzeczy o mniejszych gabarytach – stąd ich silnik pochwowy czy silnik futerałowy, jako że korbowód chował się tu częściowo do środka tłoka, jak szpada do pochwy czy parasol do futerału.

W Polsce podstawową nazwą używaną przez słowniki i encyklopedie jest „SILNIK BEZWODZIKOWY”. Nie niesie ona wprawdzie fałszywej informacji (ta maszyna faktycznie nie miała wodzików), ale jest CAŁKOWICIE ZŁA, ponieważ gruntownie wprowadza w błąd.
W okresie największego rozkwitu silników z tłokiem rurowym (lata 1848-1868), kiedy konkurowały one głównie z rozmaitymi maszynami wodzikowymi napędzającymi śruby (przede wszystkim z pojedynczotłoczyskowymi silnikami o normalnie ustawionych korbowodach oraz z silnikami wielotłoczyskowymi o korbowodach powrotnych), ich BEZWODZIKOWOŚĆ była rzeczywiście cechą bardzo charakterystyczną.
Jednak pochodzenie SILNIKA SZYBOWEGO (Z TŁOKIEM RUROWYM) sięga daleko wstecz, do czasów bocznokołowców, a nawet jeszcze wcześniej. Ponadto od drugiej połowy XIX w. minęło już ponad 100 lat i pojawiły się nowe, też bezwodzikowe maszyny tłokowe, wcale nie będące silnikami z tłokiem rurowym.
W gruncie rzeczy bezwodzikowymi były przecież wszystkie silniki Watta, silniki okrętowe z górnym balansjerem, silniki z wahaczami bocznymi, silniki typu „Gorgon” i w ogóle wszystkie wyposażone w mechanizmy prostowodowe do prowadzenia krzyżulca, a zatem nie potrzebujące WODZIKÓW. Silnikami bezwodzikowymi były ponadto maszyny oscylacyjne (wahliwe) – nie mające ani prostowodów, ani wodzików – także szybkobieżne silniki parowe jednostronnego działania. Są nimi dzisiaj prawie wszystkie samochodowe silniki spalinowe, w których korbowód łączy bezpośrednio tłok z korbą - nie występuje zatem żaden krzyżulec wymagający „wodzenia”, zaś naciski boczne przejmuje gładź cylindra, przy specjalnie wydłużonym tłoku. A żaden z tych silników ani nie miał, ani nie ma wspólnych cech konstrukcyjnych z parową maszyną okrętową o RUROWYM (SZYBOWYM) TŁOKU – chociaż trzeba przyznać, że idea przejmowania sił bocznych jest w pewnej mierze wspólna dla nich i dla dzisiejszych silników samochodowych.
W książce „Dwa wieki napędu mechanicznego statków” Przemysław Urbański użył (nie ma znaczenia, czy jako pierwszy, czy nie) określenia SILNIK Z TŁOKIEM RUROWYM, które wprawdzie nie oddaje dokładnie – jak pokazałem wyżej – intencji nazewniczych Anglików, ale opisuje bardzo dobrze podstawową cechę konstrukcyjną tego rozwiązania, jest całkowicie jednoznaczne i na dodatek lepiej chyba przemawia do przeciętnego, współczesnego Polaka, niż stosowany kiedyś przeze mnie termin „szybowy”.

Po co w ogóle wymyślono silnik z TŁOKIEM RUROWYM? Jak pamiętamy, ustawiczną troską konstruktorów okrętowych maszyn parowych było stworzenie konstrukcji maksymalnie zwartej (ówczesne okręty miały mikre wymiary w porównaniu z pancernikami), leżącej w całości pod linią wodną, ale przy tym o jak najmniejszym kącie odchylania korbowodu w bok od osi tłoka podczas obracania korbą wału korbowego, by minimalizować wibracje oraz zużywanie się łożysk. W silniku pojedynczotłoczyskowym, z normalnie ustawionym korbowodem, korbowód musiał być krótki, zatem kąt jego odchylenia – duży. Wyeliminowanie tłoczyska w silniku ze zwykłym tłokiem dawało znacznie wydłużenie korbowodu, czyli wydatne zmniejszenie kąta odchylenia, ale przy ówczesnej technice i materiałach uszczelnienie tej części cylindra, w której wędrował sobie korbowód, było absolutnie niemożliwe, więc silnik musiał się zmieniać w jednostronnego działania, ze wszystkimi, potężnymi wadami tego rozwiązania w epoce maszyn wolnoobrotowych, niskociśnieniowych – przede wszystkim dwukrotnym spadkiem mocy. Tłok rurowy pozwalał na umiarkowane wydłużenie korbowodu bez utraty dwustronności działania oraz bardzo wydatne przysunięcie cylindra (czyli jego środka ciężkości) do wału korbowego (rys. 70).


Rys.70. Schemat możliwości uzyskania długiego korbowodu w okrętowych maszynach poziomych, znajdujących się takiej samej przestrzeni i przy tej samej wielkości wykorbienia wału korbowego. U góry SILNIK WODZIKOWY dwustronnego działania, w środku SILNIK BEZWODZIKOWY jednostronnego działania, na dole SILNIK Z TŁOKIEM RUROWYM (SZYBOWYM).

Konstrukcja SILNIKA Z TŁOKIEM RUROWYM zapewniała dużą zwartość przy całkiem długim korbowodzie, zwłaszcza że ten ostatni mógł być mocowany nie w środku tłoka, ale na jego odkorbowym końcu. Oczywiście wtedy – przy założonej wielkości korby (równej połowie skoku tłoka) – musiała rosnąć średnica wewnętrznej rury (by korbowód mógł się dostatecznie wychylać), więc zarazem rosła średnica całego cylindra, do czego jeszcze wrócę.

Jak pokazuje rys. 70, zastąpienie zwykłego silnika wodzikowego maszyną bezwodzikową jednostronnego działania daje bardzo istotny zysk na długości korbowodu. Jeśli konstruktor godził się z dwukrotnym spadkiem mocy, mógł pójść tą drogą, otrzymując w rezultacie konstrukcję wykazującą pewne podobieństwo do SILNIKÓW Z TŁOKIEM RUROWYM – tutaj rolę takiego rurowego tłoka, w którym chowała się część korbowodu, pełniła otwarta z jednej strony przestrzeń samego cylindra.
Takie maszyny, nie tylko zresztą w wersji poziomej, istotnie proponowano. W 1839 r. firma Seaward & Capel opracowała silnik nazwany „open-topped cylinder engine”, czyli z otwartym wierzchem. Miał on pionowe, otwarte od góry cylindry, ale poza tym niezwykle silnie przypominał silnik typu „Gorgon”. Ponieważ jednak w silniku bez tłoczyska, zatem bez możliwości wodzenia krzyżulca za pomocą prostowodu lub wodzika, pojawia się poważny problem braku elementu do przenoszenia sił bocznych, konstruktorzy firmy Seaward & Capel zastosowali ciut inne rozwiązanie niż widoczne na moim uproszczonym schemacie. Każdy tłok wyposażono w lekkie, długie tłoczysko, którego rola ograniczała się praktycznie do funkcji wodzika, bowiem stopa korbowodu łączyła się z nim tuż przy tłoku. W pozycji odkorbowej tłoka tłoczysko chowało się niemal w całości do cylindra, ślizgając się cały czas w prowadnicy omijanej przez rozwidlony, bardzo długi koniec korbowodu. Minimalnie skracając korbowód w stosunku do potencjalnych możliwości, częściowo uwolniono się w ten sposób od troski o nadmierne i niesymetryczne wycieranie się gładzi cylindrowej (rys. 71). Rozmaite drążki połączone z tłokami zapewniały – poprzez mechanizmy dźwigniowo-cięgnowe – wprawianie w ruch pompy skroplinowo-powietrznej i pompy zasilającej, niemal identycznie jak w silniku „Gorgon” tej samej firmy.


Rys.71. Idea konstrukcji silnika „z otwartymi od góry cylindrami” w wersji firmy Seaward & Capel z około 1840 r.

Seaward & Capel wyposażyli w ten typ silnika kilka bocznokołowców cywilnych. Jednym z pierwszych był żelazny parowiec Sapphire z 1842 r. Jego maszyna miała trzy cylindry o średnicy 188 cm; skok tłoków wynosił 137 cm. W latach 1855-1856 do grupy statków z takimi maszynami dołączyły żelazne jednostki Alliance i Havre, służące na wodach kanału La Manche. Jednak „silniki z otwartym wierzchem” z oczywistych względów – jako jednostronnego działania - nie mogły zdobyć popularności w czasach niskich ciśnień pary i niewielkich prędkości obrotowych.

Natomiast SILNIK Z TŁOKIEM RUROWYM dzięki zachowaniu dwustronności działania urósł w połowie XIX w. do jednego z najbardziej ulubionych typów, zwłaszcza w marynarce wojennej. Nie oznacza to, że był wolny od wad. Jedną z nich stanowiła konieczność stosowania nadmiernie dużych średnic cylindrów. Ponieważ powierzchnia tłoka, na którą oddziaływała para, tworzyła tylko pierścień, a nie koło – jak w większości innych silników tłokowych - dla uzyskania tej samej siły pchającej należało użyć większych wymiarów. Przyjęło się wyznaczanie tzw. średnicy efektywnej, tj. średnicy koła, które miałoby to samo pole, co rzeczywista powierzchnia pierścienia tłoka rurowego. Może to wprowadzać w błąd, jeśli w źródłach nie sprecyzowano, o jaki wymiar chodzi, ponieważ przy dużej średnicy rury wewnętrznej faktyczna średnica zewnętrzna tłoka musiała być znacznie większa od efektywnej.

Pierwszy SILNIK Z TŁOKIEM RUROWYM (SZYBOWYM) skonstruował James Watt już w 1784 r., ale maszyn takich nie stosowano na parowcach pionierskiego okresu. Bardzo wątpię, by Watt potrzebował wydłużać korbowody w swoich górnobalansjerowych maszynach lądowych – chodziło mu zapewne raczej o swobodniejsze połączenie wahacza poruszającego się po łuku z tłokiem przesuwającym się po prostej (w tłoku rurowym łącznik mógł odpowiednio zmieniać położenie kątowe).
Wielkim entuzjastą używania silników szybowych do napędu bocznokołowców był inżynier Francis Humphreys, który w drugiej połowie lat 1830. opatentował pionową odmianę takiej maszyny. Pomimo wad, jej znaczenie w historii rozwoju okrętowego napędu parowego jest duże, więc wymaga ona osobnego omówienia.

Krzysztof Gerlach
CDN
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
kgerlach
Administrator



Dołączył: 20 Lip 2010
Posty: 5316
Przeczytał: 2 tematy


PostWysłany: Sob 17:44, 02 Paź 2010    Temat postu:

SILNIK Z TŁOKIEM RUROWYM, SILNIK SZYBOWY, SILNIK RUROWY (trunk engine, trunk piston engine, Trunk-Maschine, Tauchkolbenmaschine, machine a fourreau) – CZĘŚĆ DRUGA

12.1. PIONOWE SILNIKI Z TŁOKIEM RUROWYM (vertical trunk engines)

Opatentowany w drugiej połowie lat 1830. przez Francisa Humphreysa pionowy SILNIK Z TŁOKIEM RUROWYM (SILNIK SZYBOWY) do napędu kół łopatkowych charakteryzował się ciekawą konstrukcją, w której stopa korbowodu wystawała w dół jeszcze poza tłok!
Dzięki temu w czasach, gdy powszechnie panował silnik z bocznymi wahaczami, a silniki oscylacyjne, typu „Gorgon” czy syjamskie dopiero raczkowały, cały cylinder maszyny Humphreysa swobodnie mieścił się pod wałem korbowym (jak w silnikach typu „Gorgon”), a pomimo tego korbowód mógł być bardzo długi (rys. 72).


Rys.72. Pionowy silnik z tłokiem rurowym w wersji Humphreysa ze schyłku lat 1830. Na schemacie pominąłem niezbędne mechanizmy pomocnicze, które w tej maszynie były całkowicie tradycyjne – płaski suwak sterowany od mimośrodu na wale korbowym przez drążek i krótką dźwignię, obciążony sprężyną zawór bezpieczeństwa itp.

Prawa do produkcji silnika Humphreysa nabyła firma J. & E. Hall z Dartford. Maszynę tego typu, 90-konną, zainstalowano krótko przed 1839 r. na pocztowym statku Dartford, ale nie okazała się konstrukcją udaną – cylinder wycierał się nadzwyczaj szybko.
W ogóle silnik Francisa Humphreysa, mimo pomysłowości rozwiązania, zwartości i bardzo długiego korbowodu, miał wiele wad. Odznaczał się złożonością i trudnością dostępu do newralgicznych części, bardzo dużym niebezpieczeństwem strat pary poprzez nieszczelności, komplikacją smarowania sworznia tłokowego, silnym zróżnicowaniem czynnej powierzchni tłoka po obu stronach (więc stale zmiennym momentem przekazywanym na wał korbowy).

Towarzystwo Great Western Steamship Company budując swój drugi transatlantyk (a pierwszy żelazny), słynny Great Britain, i przewidując dla niego – oczywiście z uwagi na czasy – napęd bocznokołowy, rozważało oferty dwóch dostawców silników. W czerwcu 1839 firma Maudslay, Sons & Field przedstawiła projekt i kosztorys 4-cylindrowego silnika syjamskiego, a Francis Humphreys – swego SILNIKA Z TŁOKIEM RUROWYM, o ogromnych wymiarach, tzn. średnicy cylindrów 2,8 m oraz skoku tłoków 2,4 m. Pomimo że „rozum” spółki, Isambard Brunel, faworyzował Maudslayów, z którymi łączyły go częste kontakty, o wyborze dokonanym przez dyrektorów kompanii zdecydowała znacznie niższa cena planowana przez Humphreysa.
Kiedy panowie Hall z Dartford dowiedzieli się, o jakie wymiary silnika chodzi i uświadomili sobie wielkość i liczbę narzędzi potrzebnych do wykonania tylko jednego takiego zamówienia, poradzili spółce Great Western Company wybudowanie sobie silnika we własnym zakresie.
Francis Humphreys został więc mianowany naczelnym inżynierem projektu, a w Bristolu rozpoczęto prace nad maszyną. Już w listopadzie 1839 r. Humphreys zorientował się, że żadna kuźnia w Wielkiej Brytanii nie jest w stanie wykonać potrzebnego mu wału napędowego o średnicy 76 cm i zainteresował tym problemem inżyniera Jamesa Nasmytha, który zaprojektował oprzyrządowanie prawie całego powstającego w Bristolu zakładu silnikowego Great Western Company. W ten sposób narodził się słynny młot parowy Nasmytha, podstawa brytyjskiego i światowego przemysłu ciężkiego w epoce wiktoriańskiej. Jednak wizyta w Bristolu, w maju 1840 r., eksperymentalnego parowca śrubowego Archimedes i przeprowadzone przez Brunela próby przekonały dyrektorów kompanii do przerobienia Great Britain na napęd śrubowy. W rezultacie wielki SILNIK SZYBOWY zaprojektowany przez Humphreysa, wówczas już poważnie zaawansowany w budowie, stał się niepotrzebny. Kiedy konstruktorowi polecono przygotowanie nowego projektu dla maszyny napędzającej śrubę, zrezygnował ze stanowiska i natychmiast zmarł na zapalenie opon mózgowych.

W Ameryce Charles W. Copeland, który w latach 1840. oraz w roku 1850 instalował silniki ukośne swojego patentu na amerykańskich bocznokołowcach wojennych, zaprojektował dla West Point Foundry pionowy SILNIK Z TŁOKIEM RUROWYM, bazujący na poziomych maszynach tego typu rozwijanych w Wielkiej Brytanii przez Penna i szeroko używanych na śrubowcach Royal Navy. W 1851 r. dwie maszyny projektu Copelanda zamontowano na drewnianych statkach Pioneer i City of Pittsburg. Każdy silnik miał 2 cylindry o średnicy 2,17 m i skoku tłoków 1,3 m. Takie ustawienie pionowego silnika z tłokiem rurowym, teraz napędzającego śrubę, dawało dużo miejsca na ładunek lub pasażerów, a równocześnie – dzięki zwartości – stosunkowo małą wysokość całej maszynowni bez konieczności skracania korbowodów. Lecz na statkach cywilnych znaczna wysokość maszyny parowej nie stanowiła specjalnego problemu (nie trzeba jej było chronić przed pociskami), a już zupełnie nie wzruszała Amerykanów, którzy przecież instalowali swoje potwornie wysokie silniki „ze spacerującym balansjerem” nawet na jednostkach pełnomorskich. W rezultacie konstrukcja Copelanda nie zdobyła popularności.


12.2. POZIOME SILNIKI Z TŁOKIEM RUROWYM (horizontal trunk engines)

Po koniec lat 1840. został zaprojektowany i opatentowany przez Johna Penn, Williama Hartree i Johna Matthews poziomy SILNIK SZYBOWY (SILNIK Z TŁOKIEM RUROWYM) do napędu śruby.
Rok 1848 ujrzał ukończenie w Portsmouth dwóch śrubowych fregat Royal Navy – Arrogant i Encounter. Były to pierwsze okręty wyposażone w ten nowatorski wtedy i bardzo udany silnik. W ich przypadku chodziło jeszcze o względnie małe maszyny (rys. 73), z dwoma cylindrami o średnicy 1,5 m oraz skokiem tłoków 0,9 m. Średnica szybu tłoka wynosiła 0,6 m, a w rezultacie efektywną średnicę cylindra obliczono na c. 1,4 m. Silniki te miały moc 360 koni nominalnych i rozwijały 774 konie indykowane.


Rys.73. SILNIK Z TŁOKIEM RUROWYM, wykonany przez firmę Penn & Sons i zamontowany na fregacie śrubowej HMS Arrogant z 1848.

Ciekawym elementem silnika Penna była pozioma pompa skroplinowo-powietrzna, dwustronnego działania. W przeciwieństwie do typowej pompy pionowej (jak np. z rys. 2), miała tłok pozbawiony zaworów (rys. 74).


Rys. 74. Idea działania pompy skroplinowo-powietrznej w silniku z tłokiem rurowym Penna, na podstawie oryginalnego rysunku z połowy XIX w. – już w oryginale prawa część zadarła się łukiem ku górze, co oczywiście jest tylko błędem kopiowania, ale nie chciało mi się tego poprawiać. Niebieski tłok rurowy silnika, popychany parą z lewej strony, przesuwa się w prawo i osobnym drążkiem przesuwa w prawo zielony tłok pompy. Wszystkie cztery zawory w pompie (w rzeczywistości wiele małych zaworków leżących grupami obok siebie) są jednostronnego działania. Tłok pompy poruszając się w prawo wytwarza za sobą podciśnienie, a przed sobą nadciśnienie. Podciśnienie przyciska do gniazda zawór „A”, uszczelniając go, a podnosi zawór „B”. Nadciśnienie przyciska do gniazda zawór „C”, a podnosi zawór „D”. W rezultacie otwierają się przejścia dla cieczy ze skraplacza na dole do przestrzeni za zielonym tłokiem pompy, oraz z przestrzeni przed pompą do zbiornika skroplin w górze. Podciśnienie i nadciśnienie dają też siły potrzebne do przetłaczania mieszaniny skroplin i gazów. Oczywiście przy ruchu niebieskiego tłoka rurowego silnika w lewo, pociągnie on za sobą zielony tłok pompy, przestrzenie nadciśnienia i podciśnienia zamienią się miejscami, zawory zamkną i otworzą „na krzyż”, lecz w dalszym ciągu będzie trwało przetłaczanie w górę skroplin i gazów ze skraplacza do zbiornika skroplin (w rzeczywistości przesunięcie skraplacza i zbiornika skroplin miało miejsce bardziej w poziomie niż w pionie, ale idei to nie zmienia).

SILNIKI Z TŁOKIEM RUROWYM Penna (inni wytwórcy rzadziej próbowali konstruować maszyny w tym typie – zajmę się nimi później osobno) stosowano głównie na okrętach wojennych, były szczególnie faworyzowane przez brytyjską admiralicję, a używano ich przede wszystkim w układach jedno- i dwucylindrowych, wyjątkowo spotykało się maszyny trzycylindrowe.
Silniki z tłokiem rurowym nadawały się idealnie dla wczesnych śrubowców wojennych z uwagi na dużą zwartość (niewielkie zapotrzebowanie przestrzeni w kadłubie), małą wysokość zajmowaną przez całą maszynownię, lekkość (bardzo dobry wskaźnik mocy na tonę masy), dość długie korbowody i wystarczającą do bezpośredniego napędu śruby prędkość obrotową. Ponadto Penn, który zawsze kładł nacisk na stosowanie najnowocześniejszych narzędzi obróbczych najwyższej jakości, zapewniał swoim konstrukcjom wysoką jakość wykonania, co owocowało budzącą podziw niezawodnością. Oceniano, że były to najlżejsze i najbardziej zwarte maszyny okrętowe swoich czasów. W połączeniu z niską awaryjnością tłumaczyło to w pełni predylekcję Royal Navy do silników z tłokiem rurowym Penna, zwłaszcza gdy chodziło o jednostki napędowe wielkiej mocy.
Komisja brytyjskiej Admiralicji orzekła w 1858 r., że:
„Silnik pospolicie zwany silnikiem szybowym i opatentowany przez Panów Penna i Synów, jest jednym z trzech typów TAK DALECE PRZEWYŻSZAJĄCYCH INNE, że w przyszłości dla śrubowców Royal Navy należy kupować wyłącznie maszyny parowe tych trzech odmian”.

Poziomy SILNIK Z TŁOKIEM RUROWYM Penna do napędu śruby miał też – oczywiście – wady, lecz o nich rozpiszę się szerzej przy omawianiu powodów, dla których marynarki handlowe nigdy nie przyjęły go z takim entuzjazmem, jak wojenne.
O skali zainteresowania tą konstrukcją Penna w Royal Navy świadczą m.in. następujące fakty:
- na 69 brytyjskich liniowców śrubowo-żaglowych (zbudowanych od nowa lub przebudowanych z żaglowców w latach 1847-1861), w silniki szybowe Penna wyposażono aż 22 okręty (silniki Maudslayów znalazły się na 26, pozostałe 8 firm dostarczyły w sumie tylko 21 maszyn); moc wahała się od 200 do 1000 koni nominalnych i od 500 do 4564 koni indykowanych, średnica efektywna cylindrów dochodziła do 2,34 m, skok tłoków do 1,23 m;
- na 156 kompletów silników zbudowanych dla brytyjskich kanonierek śrubowych z lat 1854-1856, Penn dostarczył 97 sztuk, z których 65 było z tłokiem rurowym; miały średnicę efektywną cylindrów 45,5 cm (średnicę rzeczywistą 53,3 cm) i skok tłoków 30,5 cm, uzyskiwały około 270 koni indykowanych;
- oprócz wymienionych już fregat Arrogant i Encounter w silniki z tłokiem rurowym Penna wyposażono korwetę Pylades z 1854, fregaty Doris z 1857 i Galatea z 1859, wielką fregatę Orlando z 1858, ex-żaglową fregatę Arethusa w 1861, korwetę Eclipse z 1867;
- pierwszy na świecie równocześnie żelaznokadłubowy i opancerzony okręt, HMS Warrior z 1861 r., miał również taki silnik, którego dwa cylindry osiągnęły rzeczywistą średnicę 2,85 m (efektywna wynosiła 2,65 m) przy skoku tłoków 1,22 m; przy mocy 1250 koni nominalnych uzyskiwano około 5470 koni indykowanych;
- na bliźniaczym okręcie Warriora, zwodowanym w 1861 i ukończonym w 1862 r. HMS Black Prince identyczna maszyna rozwijała 5770 koni indykowanych;
- silniki tego samego typu (niekiedy nawet identyczne) otrzymały potem pancerniki z artylerią burtową: Achilles, Defence, Resistance, Minotaur, Northumberland; centralno-bateryjne pancerniki Bellerophon, Hercules, Repulse, Sultan, nieopancerzone żelazne fregaty Inconstant, Shah, żelazna korweta Volage, pancerniki wieżowe Devastation, Neptune; moce dochodziły już lub przekraczały 8000 koni indykowanych, a w późnych egzemplarzach skraplacze natryskowe ustąpiły miejsca powierzchniowym;
- silniki z tłokiem rurowym budowano także po przejściu na maszyny podwójnego rozprężania pary – takie były na kanonierkach typu Frolic z 1872 i slupie śrubowym Daring z 1874.

Krzysztof Gerlach
CDN


Ostatnio zmieniony przez kgerlach dnia Pon 21:29, 04 Paź 2010, w całości zmieniany 1 raz
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
kgerlach
Administrator



Dołączył: 20 Lip 2010
Posty: 5316
Przeczytał: 2 tematy


PostWysłany: Śro 16:50, 06 Paź 2010    Temat postu:

CIĄG DALSZY POZIOMYCH SILNIKÓW Z TŁOKIEM RUROWYM (horizontal trunk engines)

Sukces konstrukcji Johna Penna skłonił innych wytwórców, nie tylko zresztą brytyjskich, do próby adaptowania idei SILNIKA Z TŁOKIEM RUROWYM, a niezwykła popularność takich maszyn w Royal Navy wywołała zainteresowanie innych marynarek wojennych. Wybrane przykłady zestawiłem poniżej.

Ukończona około 1851 hiszpańska fregata Berenguela został wyposażona w silnik Penna o mocy 360 koni nominalnych i 1440 koni indykowanych.
Rosyjski Argonavt z tego samego roku dostał 60-konny silnik z tłokiem rurowym Penna.
W następnym roku silnik Penna o mocy 300 koni nominalnych znalazł się na peruwiańskiej fregacie Amazonas.
Nawet japoński slup Sukuba wyposażono w taką maszynę o mocy 631 koni indykowanych.
Zwodowane w latach 1855-56 i ukończone w okresie 1857-58 fregaty śrubowe US Navy – Colorado, Roanoke i Minnesota otrzymały silniki z tłokiem rurowym wykonane przez firmę Tredegar oraz stocznię marynarki w Waszyngtonie. Miały cylindry o średnicy rzeczywistej 2 m i średnicy efektywnej 1,83 m, przy skoku tłoków 0,9 m. Rozwijały moc 996 koni indykowanych.
Ukończona w 1856 włoska fregata Vittorio Emanuele dostała silnik z tłokiem rurowym Penna o mocy 500 koni nominalnych.
Brytyjski drewniany okręt opancerzony z artylerią burtową, HMS Lord Clyde (zwodowany 1864, ukończony 1866) miał 2-cylindrowy, poziomy silnik szybowy firmy Ravenhill, rozwijający 6064 konie indykowane.
Brytyjską drewnianą korwetę opancerzoną HMS Pallas (zwodowaną 1865, ukończoną 1866) wyposażono w poziomy silnik z tłokami rurowymi, podwójnego rozprężania pary, firmy Humphrys & Tennant, rozwijający między 3200 a 3580 koni indykowanych. Dwa cylindry niskiego ciśnienia (o średnicy 2,5 m) znajdowały się bliżej korb i dlatego miały tłoki rurowe (co pozwalało uniknąć zbyt krótkich korbowodów); wspólny skok dla nich i dla tłoków w dwóch cylindrach wysokiego ciśnienia (o średnicy 1,3 m) wynosił 0,99 m.
Podobną maszynę tej samej firmy zainstalowano na transportowcu wojska Serapis z 1866 r., ale wkrótce zaczęły sprawiać kłopoty – wycierały się cylindry wysokiego ciśnienia, problemy stwarzały łożyska oporowe oraz płaszcze parowe cylindrów wykonane z żelaza pudlarskiego. Już w 1869 trzeba było zamienić silnik na pojedynczego rozprężania pary, rozwijający zresztą trochę więcej koni indykowanych.
Zwodowany w 1869 r. i ukończony rok później osławiony brytyjski pancernik wieżowy Captain otrzymał dwa poziome, dwucylindrowe silniki z tłokiem rurowym firmy stoczniowej Laird, rozwijające łącznie 5400 koni indykowanych.
Niemieckie fregaty śrubowe (faktycznie korwety zakrytopokładowe), drewniane jednostki Arcona, Hertha i Vineta, wprowadzone do służby w latach 1859-1869, miały poziome silniki pojedynczego rozprężania pary, z tłokami rurowymi. Dostawcą maszyny dla fregaty Arcona był John Cockerill z Seraing (okolice Liege). Pozostałe dwie jednostki zaopatrzyła w silniki firma John Penn & Sons.

Ale dla STATKÓW CYWILNYCH silniki z tłokiem rurowym stanowiły znacznie mniej atrakcyjne źródło napędu. Przede wszystkim potrzeba umieszczenia całej maszynowni pod linią wodną w ogóle nie istniała – rozwarcie nożyc między jednostkami budowanymi dla potrzeb wojennych i cywilnych było już w połowie XIX w. tak wielkie, że nikt nie oczekiwał, by statek pocztowy, pasażerski czy towarowy w jakichkolwiek okolicznościach mógł udawać liniowiec lub stawiać rzeczywisty opór okrętowi wojennemu. Po drugie, na towarowcu przestrzeń w poziomie, na wysokości ładowni, ceniono oczywiście dużo wyżej niż przestrzeń w pionie. W takim zastosowaniu uwypuklały się też wszystkie wady maszyn Z TŁOKIEM RUROWYM, które przy wykorzystaniu wojskowym miały mniejsze znaczenie:
• jak w każdym silniku poziomym występowało nadmierne wycieranie gładzi cylindra obciążonego jednostronnie masą tłoka, tu na dodatek wyjątkowo dużego i ciężkiego;
• ze względu na bezpośrednie zamocowanie korbowodu do tłoka występowała dodatkowa, skierowana w dół siła działająca na tłok, kiedy korba znajdowała się nad środkiem wału korbowego – dodawało to kłopotów z wycieraniem cylindra, chociaż można było je zmniejszyć przy inteligentnym powiązaniu kierunku suwu z położeniem korby;
• znaczne opory tarcia, powodujące wysokie straty mechaniczne;
• kłopoty z brakiem wystarczającego uszczelnienia dla centralnej rury tłoka (dławnica miała znacznie większą średnicę niż przy konwencjonalnych tłoczyskach i występowała po obu stronach cylindra) powodowały wysokie straty cieplne;
• znaczne wymiary cylindrów i duża powierzchnia rozwinięta tłoków, których rury na dodatek co chwila znajdowały się na przemian w gorącej parze i wychodziły na zewnątrz do chłodnego otoczenia, były przyczyną dużych strat na drodze promieniowania i w wyniku szkodliwej kondensacji wstępnej pary w cylindrze;
• dostępność części do naprawy była wprawdzie w silniku z tłokiem rurowym często lepsza niż w innych silnikach poziomych, ale znacznie gorsza niż w maszynach pionowych;
• kontakt wysuwających się rur tłoków z rozmaitymi zanieczyszczeniami przyspieszającymi zużycie i pogarszającymi szczelność w dławnicach;
• w efekcie wymienionych wyżej strat występowało duże zużycie paliwa – około 4 do 4,5 funta węgla na konia indykowanego na godzinę (przy nadciśnieniu pary rzędu 3 kPa), co dla armatorów cywilnych stanowiło wartość nie do zaakceptowania.

Dlatego, kiedy w silnik z tłokiem rurowym Penna wyposażono ukończony w 1853 r. wielki parowiec śrubowy Himalaya, dumę słynnego towarzystwa żeglugowego P.&O. Steam Navigation Company, to chociaż działał on bez zarzutu i z dwóch cylindrów o średnicy 2,13 m (skok tłoków wynosił 1,07 m) produkował 2500 koni indykowanych, napędzając śrubę z prędkością 55 obrotów na minutę, to zużycie paliwa było tak wielkie, że spółka najpierw z wielką ochotą wynajęła statek marynarce wojennej na transportowiec wojska w czasie wojny krymskiej, a potem w ogóle namówiła Royal Navy na odkupienie jednostki na stałe.
Co prawda naprzeciwko tego można postawić bocznokołowy (sic!) parowiec Diesbar, do dziś pływający po Łabie, który ma podobno jeden z silników z tłokiem rurowym Penna, wyprodukowany jeszcze w 1857 roku (wcześniej napędzał inne jednostki). Zresztą w ogóle armatorzy bocznokołowców z Łaby byli częstymi nabywcami takich silników, o małej mocy.

W każdym razie nawet marynarki wojenne zaczęły rezygnować z maszyn okrętowych tej konstrukcji, kiedy wyraźnie wzrosły ciśnienia pary, pancerz stał się powszechny na dużych jednostkach bojowych, a i wymiary okrętów znacznie się zwiększyły, wymuszając stosowanie silników większej mocy. Wielka powierzchnia rur tłoków oznaczała wzrost tarcia i strat cieplnych, wysokie ciśnienia spotęgowały problem nieszczelności, a pancerz na burtach niwelował zyski z poziomej pozycji cylindrów. Co prawda to nie rok 1875 czy 1876 wyznacza kres ich budowania, jak głoszą różne Wikipedie, gdyż np. John Penn ostatnią dużą jednostkę napędową tego typu skonstruował w 1883 r. dla marynarki włoskiej, a mniejsze budował jeszcze przez kilka następnych lat.

Krzysztof Gerlach
CDN
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
kgerlach
Administrator



Dołączył: 20 Lip 2010
Posty: 5316
Przeczytał: 2 tematy


PostWysłany: Sob 21:50, 09 Paź 2010    Temat postu:

13. POZIOMY SILNIK Z POWROTNYM KORBOWODEM, POZIOMY SILNIK Z ODWROTNIE UCHWYCONYM KORBOWODEM, POZIOMY SILNIK PODWÓJNOTŁOCZYSKOWY do napędu śruby (horizontal return connecting-rod engine, horizontal back-acting engine, horizontal double piston-rod engine, Liegende Dampfmaschine mit rückgreifender Kurbelstange, Doppelpleuel-Maschine, machine horizontale a bielle en retour, machine horizontale a bielle renversée)

Drugi z najważniejszych i najbardziej rozpowszechnionych typów na żaglowo-śrubowych jednostkach wojennych.
Powstał jako kolejne pomysłowe rozwiązanie problemu zbyt krótkich korbowodów w ograniczonej przestrzeni wnętrza drewnianego, nieopancerzonego okrętu wojennego, kiedy całą maszynownię chowano pod linią wodną. Przy normalnej konstrukcji tłoka i cylindra oraz ustalonej pozycji wału napędowego (na ówczesnych jednostkach jednośrubowych zawsze w osi wzdłużnej, czyli w połowie szerokości okrętu) zmieszczenie korbowodu pomiędzy cylindrem a wałem korbowym wymuszało bądź zbyt mały skok tłoka, bądź za krótki korbowód. Tymczasem „wystarczyło” przerzucić krzyżulec z powierzchniami wodzącymi (wodzikiem) na drugą stronę wału, daleko od niego, a napęd na korbę przekazać przez „powracający” od krzyżulca (w kierunku cylindra) długi korbowód. Ale w takim przypadku tłoczysko musiało sięgać do krzyżulca znajdującego się za wałem. Aby mijało po drodze tenże wał, nie mogło być tradycyjnie umocowane w środku tłoka. Niesymetryczne ustawienie dawało z kolei niekorzystny rozkład sił działających na tłok. Dlatego stosowano co najmniej zdwojone tłoczyska (jedno przechodziło nad, a drugie pod wałem), czasem rozdzielone na cztery (po dwa nad i pod wałem) – ogólnie biorąc zmultiplikowane – albo wyposażano je w przestrzenny element (jarzmo) otaczający szeroko wał korbowy przy każdym położeniu tłoczyska i korby. Jarzmo pozwalało na centralne prowadzenie jednego tłoczyska w strefie obrotu korby, ale było duże i ciężkie. Tłoczyska zmultiplikowane wymagały przesunięcia nie tylko w pionie, ale i w poziomie, by mijać strefę pracy korby (rys. 75).


Rys.75. Idea działania okrętowych maszyn parowych z powrotnymi korbowodami.
W górze silnik jednotłoczyskowy, wyposażony w jarzmo. Na dole silnik podwójnotłoczyskowy, dający maksymalną oszczędność miejsca lub - dla danej szerokości - najdłuższy korbowód wśród wszystkich poziomych maszyn dwustronnego działania.

Jednak taka charakterystyka i przypisywane tym maszynom nazwy pasują też jak ulał do rozwiniętej postaci silników wieżowych (steeple engines) instalowanych na bocznokołowcach. Dlatego Amerykanie używają także określenia poziomy silnik wieżowy na taką jednostkę napędową zastosowaną do napędu śrubowców (choć wydaje się to językowo mocno karkołomne, ponieważ w tej wersji nie występuje żadna konstrukcja „wieżowa” do prowadzenia wodzika), zaś z kolei Francuzi nazywali swoje silniki wieżowe (u nich „dzwonnicowe”) również „pionowymi silnikami z powrotnym korbowodem”. Rodzi to pewne zamieszanie terminologiczne.

Lecz w zawężonym i najczęstszym rozumieniu SILNIKI Z POWROTNYMI KORBOWODAMI występowały jako wielotłoczyskowe maszyny poziome do napędu śrubowych okrętów wojennych, aczkolwiek sporadycznie trafiały się też na statkach cywilnych. Były szczególnie chętnie stosowane we francuskiej marynarce wojennej. Dawały długi skok tłoków, długie korbowody, małe siły obciążające łożyska, stabilne obroty wału korbowego, a wszystko to przy znacznym zbliżeniu cylindrów do osi okrętu. Co prawda w sumie, biorąc pod uwagę przestrzeń po obu stronach wału korbowego, zajmowały więcej miejsca niż silniki bezpośredniego działania lub z tłokiem rurowym i były dość skomplikowane, gdyż wymagały użycia różnych dodatkowych elementów.

Tym niemniej POZIOMY SILNIK PODWÓJNOTŁOCZYSKOWY Z POWROTNYMI KORBOWODAMI tak znakomicie nadawał się do napędu ówczesnych śrubowych okrętów wojennych, że choć w Wielkiej Brytanii kojarzy się przede wszystkim z wytwórnią Maudslay’ów, to konstruowały jego odmiany również inne brytyjskie firmy, a w różnych krajach wielu producentów sięgało do tej konstrukcji. Oczekiwano po niej pokonania niedostatków silnika z tłokiem rurowym, przede wszystkim dużego oporu tarcia i znacznych strat cieplnych.
Oba systemy dawały maszyny zwarte, leżące głęboko przy dnie okrętu, zabezpieczone przed ogniem przeciwnika. Wadą była zła dostępność, utrudniająca remonty i konserwację, oraz niesymetryczna składowa od siły ciężkości. Silniki tego typu wykonywano przede wszystkim w układach dwucylindrowych, rzadziej jednocylindrowych, a wyjątkowo także trójcylindrowych.
Czterocylindrowy silnik firmy Maudslay, Sons & Field ze slupa HMS Niger (zwodowany w 1846) charakteryzował się wysoce oryginalną konstrukcją, w której wprawdzie wszystkie tłoki wyposażono w podwójne tłoczyska, ale każda para cylindrów działająca na jedną korbę miała tylko jeden wspólny krzyżulec (wodzik) ślizgający się po ustalonej stronie wału korbowego, a zatem w każdej parze cylindrów tylko jeden korbowód był „odwrotnie uchwycony”, czyli „powracający” (rys. 76).


Rys.76. Czterocylindrowy silnik powrotnymi korbowodami. Jednak w parze cylindrów „A” i „B” przekazujących napęd czerwonymi tłoczyskami na wspólny wodzik „W1”, korbowód „K1”, łączący się z korbą na zielonym wale korbowym, jest „powracający” tylko dla cylindra „B”, a całkowicie „normalny” dla cylindra „A”. Podobnie w parze cylindrów „C” i „D”, korbowód „K2” jest „powrotny” dla cylindra „D”, ale zwykły dla cylindra „C”.

Począwszy od schyłku lat 1840. maszyny z powrotnymi korbowodami rozpoczęły tak tryumfalny marsz na okręty wojenne wielu państw, że wymienienie wszystkich jednostek i firm silnikowych byłoby nużące. Zatem tylko dla zasygnalizowania skali zjawiska warto wspomnieć, że na 69 brytyjskich liniowców śrubowo-żaglowych z lat 1847-1861, aż 26 wyposażono w silnik firmy Maudslay, Sons & Field, prawie wyłącznie omawianego typu; miały od 200 do 1000 koni nominalnych i od 572 do 4403 koni indykowanych. Taką maszynę, o mocy 1000 koni nominalnych, zainstalowano też na zwodowanej w 1858 wielkiej fregacie Mersey, a o połowę mniejszą na przebudowywanej w 1860 fregacie Octavia.
Również 500-konny (konie nominalne) silnik podwójnotłoczyskowy z powrotnymi korbowodami dostarczyła dla zwodowanego w 1859 liniowca HMS Waterloo firma Ravenhill & Salkeld.
Francuskie zakłady marynarki w Tulonie zbudowały dwucylindrowy silnik poziomy z powrotnymi korbowodami, o średnicy cylindrów 2,08 m i skoku tłoków 1,27 m (moc 900 koni nominalnych) dla liniowca Algesiras zwodowanego w 1855 r. – konstruktor Dupuy de Lôme użył tu aż czterech tłoczysk na każdy tłok oraz zastosował ciekawy napęd pomp skroplinowo-powietrznych, poruszanych drążkiem biegnącym nie od właściwych tłoków, tylko od specjalnych uchwytów mocowanych na dolnych tłoczyskach. Taki silnik wykorzystano później również na pancernej fregacie Gloire.
W Ameryce przodował w konstrukcji maszyn okrętowych z powrotnymi korbowodami inżynier Benjamin F. Isherwood, który oprócz położonych „silników wieżowych” (z jarzmem) projektował typowe silniki podwójnotłoczyskowe.
Z kolei Laird Brothers wyposażyli w taki silnik zbudowany również przez siebie słynny rajder konfederatów Alabama (300 koni nominalnych, 900-1000 koni indykowanych).
Ciekawe i niestandardowo wyglądające maszyny z powrotnymi korbowodami konstruował dla Royal Navy i odbiorców zagranicznych Robert Napier z Glasgow. Niektórzy autorzy nazywają je omyłkowo (lub świadomie, ale myląco) silnikami z tłokiem rurowym – miały faktycznie tłoki rurowe, ale w pompach powietrzno-skroplinowych, a nie w cylindrach!


Rys.77. Schemat działania poziomego silnika z powrotnymi korbowodami oraz tłokiem rurowym w pompie skroplinowo-powietrznej, zbudowanego przez Roberta Napiera dla francuskiego trójpokładowca Louis XIV.

[link widoczny dla zalogowanych]
Rys.78. Oryginalny rysunek (z epoki) silnika z powrotnymi korbowodami firmy Ravenhill & Salkeld.

Krzysztof Gerlach
CDN


Ostatnio zmieniony przez kgerlach dnia Nie 21:56, 06 Wrz 2015, w całości zmieniany 1 raz
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Wyświetl posty z ostatnich:   
Napisz nowy temat   Odpowiedz do tematu    Forum www.timberships.fora.pl Strona Główna -> Okręty wiosłowe, żaglowe i parowo-żaglowe / Artykuły tematyczne Wszystkie czasy w strefie EET (Europa)
Idź do strony Poprzedni  1, 2, 3, 4  Następny
Strona 2 z 4

 
Skocz do:  
Nie możesz pisać nowych tematów
Nie możesz odpowiadać w tematach
Nie możesz zmieniać swoich postów
Nie możesz usuwać swoich postów
Nie możesz głosować w ankietach

fora.pl - załóż własne forum dyskusyjne za darmo
Powered by phpBB © 2001, 2005 phpBB Group
Regulamin