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: 5355
Przeczytał: 9 tematów


PostWysłany: Czw 21:21, 14 Paź 2010    Temat postu:

14. SILNIK O CYLINDRACH PODWIESZONYCH, SILNIK ODWRÓCONY, SILNIK STOJĄCY, SILNIK MŁOTOWY, SILNIK STĘPOROWY, SILNIK TŁUCZKOWY (inverted-cylinder engine, inverted engine, steam-hammer engine, Hammermaschine, machine a pilon, machine renversée)

Właściwie nie był to żaden samodzielny typ silnika, ale wspominam go tutaj ze względu na częste traktowanie maszyn tej grupy jako odrębnych konstrukcji w wielu poważnych opracowaniach fachowych. Zwracałem już wcześniej uwagę, że położenie cylindrów i korbowodów względem wału korbowego, naturalne dla nas, było całkowicie nienaturalne dla ludzi z epoki pierwszych silników parowych, które wywodziły się z maszyn do napędu pomp kopalnianych. W silnikach bezpośredniego działania na bocznokołowcach „normalne” były układy z pionowym cylindrem, z którego wychodziło w górę tłoczysko, przekazujące poprzez krzyżulec napęd na korbowód, obracający położonym w górze wałem korbowym.
Zatem pierwsza propozycja odwrócenia tego zespołu w taki sposób, że to cylinder znajdował się na samej górze i przekazywał ruch tłoka poprzez tłoczysko wysuwające się w dół, ku jeszcze niżej położonemu wałowi korbowemu - całkiem logiczna dla jednostek śrubowych – wzbudziła takie zdziwienie, że pojawiła się potrzeba ochrzczenia jej odrębną nazwą. Cylindry nie znajdowały się tu na płycie fundamentowej, lecz musiały być „zawieszone” w górze na kolumnach czy innej konstrukcji nośnej – stąd „silniki o cylindrach podwieszonych”. Cylindry były odwrócone „do góry nogami” względem obrazu, do którego wszyscy się przyzwyczaili – więc „silniki odwrócone” albo „o odwróconych cylindrach”. Do tej pory cylindry leżały na jednej ze swoich pokryw dennych albo na płaszczyźnie bocznej (w maszynach poziomych), teraz stały na podporach – zatem „silniki stojące”. W nowym układzie całość bardzo przypominała świeżo wtedy wynaleziony młot parowy Nasmytha, niezwykle ważne urządzenie do maszynowego kucia metali – stąd „silniki młotowe” czy „silniki w typie młotów parowych” (rys. 79). Francuzom kojarzyły się z moździerzami do ubijania, w których w dół poruszał się tłuczek (stępor), co dało „silniki tłuczkowe, „stęporowe”.


Rys.79. Silnik „młotowy”, czyli z odwróconymi cylindrami, do napędu śruby, w wersji podstawowej (nieruchome cylindry, zwykłe tłoki, normalnie prowadzone korbowody) oraz młot parowy Nasmytha – ilustracje z epoki.

Jednak żadne z tych określeń nie implikowało właściwej konstrukcji maszyny okrętowej, która mogła być bardzo różna! Dlatego SILNIKI O ODWRÓCONYCH CYLINDRACH, obok wersji podstawowej, przypominającej silnik typu „Gorgon” przekręcony w płaszczyźnie pionowej o 180 stopni, występowały też w postaciach maszyn oscylacyjnych pionowych i skośnych, maszyn skośnych z normalnie uchwyconymi korbowodami, pionowych maszyn z powrotnymi korbowodami, pionowych i skośnych maszyn z tłokami rurowymi.
Bez względu na właściwą konstrukcję silnika, wykonanie w wariancie z odwróconymi cylindrami, zwłaszcza w układzie pionowym, dawało maszynę o dużej wysokości, znacznie podniesionym środku ciężkości, o najbardziej wrażliwych częściach wysoko wznoszących się nad wałem śrubowym. Dopóki więc okręty wojenne zdecydowanie nie urosły, a ich burt nie zaczęły pokrywać pancerze, takie rozwiązanie nie było dla nich przydatne. Za to na statkach handlowych wykazało od razu wiele zalet.
Wydaje się, że pierwszy silnik okrętowy z odwróconymi cylindrami (w wariancie podstawowym, czyli nieruchomym cylindrem, idącym w dół tłoczyskiem i biegnącym jeszcze niżej krótkim korbowodem) wykonał J.T. Caird z Greenock w 1846 r. dla przybrzeżnego statku Northman, jednostki zbudowanej przez Petera Denny z przeznaczeniem na linię handlową łączącą Leith z Orkadami. Do pionierów takich konstrukcji należała też firma J. & G. Thomson z Clydebank, która na początku lat 1850. wyposażyła w dwucylindrowy silnik (średnica odwróconych cylindrów 1,02 m, skok tłoków 0,84 m) statek Frankfort, a w 1856 statek Laconia (tu średnica cylindrów 1,42 m, skok tłoków 0,91 m). Caird „odpowiedział” instalacją w 1857 podobnej maszyny o mocy aż 700 koni nominalnych i 1300 indykowanych na niemieckim transatlantyku Bremen.
Jak pisał John Bourne w swym „Treatise on the Steam Engine”, opublikowanym po raz pierwszy w 1846 r., a potem pięć razy do 1861 r., silnik o cylindrach podwieszonych był „prosty, zwarty i solidny, tworzył bardzo pożądaną klasę dla statków handlowych”, a wynikało to zarówno z korzystnego rozkładu sił, jak – przede wszystkim – znakomitej dostępności wszystkich elementów do obsługi, konserwacji i napraw. Szybko stał się więc standardowym układem dla silników okrętowych na jednostkach cywilnych, występując w drugiej połowie XIX i na początku XX w. w postaci maszyn podwójnego, potrójnego i poczwórnego rozprężania pary, napędzając tysiące statków towarowych oraz wielkie transatlantyki.
Ostatecznie trafił oczywiście także na okręty wojenne – w 1878 r. HMS Inflexible otrzymał dwa zbudowane przez Elderów, pionowe, trzycylindrowe silniki podwójnego rozprężania pary i odtąd większość dużych jednostek Royal Navy zaczęto wyposażać w maszyny „stojące” – jednak to już historia nie dla tego forum.

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



Dołączył: 20 Lip 2010
Posty: 5355
Przeczytał: 9 tematów


PostWysłany: Wto 5:42, 19 Paź 2010    Temat postu:

15. SILNIK PIERŚCIENIOWY, SILNIK Z CYLINDREM PIERŚCIENIOWYM, SILNIK Z TŁOKIEM PIERŚCIENIOWYM (annular engine; w innym znaczeniu, niż typowe - trunk engine)

Silnik-ciekawostka, występujący w różnych odmianach, ale praktycznie prawie w ogóle nie stosowany. Niektórzy autorzy angielscy uważają go za wariant silnika szybowego (tutaj nie sposób użyć nazwy „z tłokiem rurowym”, ponieważ nie o taki tłok chodziło). Myśl koncepcyjna szła w tym samym kierunku – zrobić bardzo zwarty, niski silnik pionowy bezpośredniego działania, który mimo to miałby długi korbowód dzięki zmieszczeniu go w pustym „szybie”. Tym razem jednak owa rurowa przestrzeń centralna stanowiła integralną część cylindra, nie tłoka. Oczywiście w tej sytuacji tłok nie mógł być w rzucie prostopadłym do kierunku suwu kołem, lecz musiał być pierścieniem. Także jedno centralne tłoczysko ustąpiło miejsca dwóm bocznym (jak pamiętamy, typowy silnik szybowy, czyli z tłokiem rurowym, obywał się w ogóle bez tłoczyska). Te dwa tłoczyska poruszały wspólnym krzyżulcem/wodzikiem, od którego odchodził długi korbowód, przesuwający się w górę i w dół oraz na boki, w nieruchomym szybie centralnym cylindra.
Konstrukcja podobno zaproponowana w 1845 r. przez Josepha Maudslay. Współcześni badacze koncentrują się jednak na zastosowaniu maszyny do napędu jednostek śrubowych, nie zauważając faktu, że występowała także w wariancie dla okrętów bocznokołowych – mocno odmiennym (rys. 80).

[link widoczny dla zalogowanych]
Rys.80. Silnik z niebieskim cylindrem pierścieniowym w odmianie do napędu bocznokołowców, czyli z wałem korbowym umieszczonym na górze. Zielony tłok pierścieniowy przesuwa dwa czerwone tłoczyska, które poruszają T-kształtnym krzyżulcem/wodzikiem. Powierzchnią wodzącą jest wewnętrzna powierzchnia centralnego szybu cylindra, zaś odprowadzenie żółtego korbowodu od dołu owej litery T daje jego znaczną długość, mimo niewielkiej odległości między cylindrem a wałem korbowym.

Natomiast wykorzystanie SILNIKA Z TŁOKIEM PIERŚCIENIOWYM do bezpośredniego wprawiania w ruch wału śrubowego wymagało poprowadzenia korbowodu od krzyżulca w dół, przez co znikała potrzeba stosowania elementu T-kształtnego, ale pojawiała się konieczność znalezienia innych powierzchni wodzących (rys. 81).
Chociaż nic nie stało na przeszkodzie montowania na płycie podstawy dowolnie dużej liczby cylindrów, w praktyce nie realizowano tych maszyn w innych wariantach niż dwucylindrowe. Wahacz połączony z krzyżulcem napędzał pompę skroplinowo-powietrzną (plus ewentualnie inne pompy), skraplacz był typu natryskowego. Taka konstrukcja nadawała się dla małych jednostek, o niewystarczającej szerokości dla silnika poziomego; dzięki małej wysokości mogła się też zmieścić w całości pod linią wodną na okrętach większych. Do zalet, obok posiadania długich korbowodów, zaliczano dobrą dostępność dławic tłoczyskowych umieszczonych na wierzchu górnej pokrywy cylindra.


Rys.81. Silnik z tłokiem pierścieniowym w odmianie do napędu okrętów śrubowych. Wodziki w formie rolek przesuwanych wzdłuż szczelin tworzonych przez pionowe kolumny.

Mimo zalet, konstrukcja nie zdobyła popularności. W literaturze wymienia się konieczność stosowania większych cylindrów niż w innych silnikach o porównywalnych mocach, co mogło prowadzić do kłopotów z odlewaniem (ale dziwnym trafem zupełnie nie przeszkodziło identycznym pod tym względem maszynom z tłokiem rurowym) oraz duże jednostkowe zużycie pary (chociaż nic nie uzasadnia, aby miało to jakikolwiek związek z budową). Moim zdaniem chodziło po prostu o nietrafienie w odpowiedni czas. Marynarka wojenna otrzymywała właśnie bardzo dobre silniki poziome, przy każdej wielkości okrętu chowające się pod linią wodną. Armatorzy cywilni mieli już wtedy pionowe maszyny o odwróconych cylindrach, niewiele wyższe od tych z tłokiem pierścieniowym, a dużo prostsze, o lepszej dostępności części i mniejszych cylindrach.

Krzysztof Gerlach
CDN


Ostatnio zmieniony przez kgerlach dnia Śro 21:18, 09 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: 5355
Przeczytał: 9 tematów


PostWysłany: Sob 17:05, 23 Paź 2010    Temat postu:

16. SILNIK SEGMENTOWY, SILNIK ODCINKOWY (segmental engine)

Tym razem silnik łączący się z wieloma cudami. Cud, że ktoś wpadł na taki dziwaczny pomysł. Cud, że po zrealizowaniu to-to rzeczywiście działało. Cud, że zdecydowano się wstawić taką maszynę napędową na okręt wojenny. No i już cud w zdecydowanie mniejszej skali – pomimo, że silnik działał, a ów okręt zdobył sobie dobrą opinię, chyba żadnej innej jednostki pływającej na świecie nie wyposażono już w to dziwadło!

Tę unikalną maszynę parową zaprojektował i opatentował William Wright z firmy Woodruff & Beach z Hartford, w stanie Connecticut. Cylinder był odcinkiem (segmentem) torusa – słabszym z geometrii podpowiadam, że chodzi o kawałek obwarzanka albo fragment pęta kiełbasy. W środku znajdował się tradycyjny tłok o ruchu posuwisto-zwrotnym, który jednak w tej sytuacji musiał przemierzać drogę łukową, po części koła ograniczonej kątem środkowym 60 stopni. Zamiast pojedynczego, prostego tłoczyska, z każdej strony tłoka wychodził drąg jednostajnie zakrzywiający się do góry po łuku równym łukowi środka cylindra. Te drągi zbiegały się i łączyły, tworząc zamknięty okrąg, który – cokolwiek by o tym nie sądzić – trzeba nazwać „zespolonymi tłoczyskami”. Parę dostarczano tradycyjnie, na przemian po jednej i drugiej stronie tłoka, który wykonywał ruch wahadłowy. Do koła zespolonych tłoczysk, w górnej trzeciej części, mocowano przegubowo zwykły korbowód. Ruch obrotowo-zwrotny tego koła był wystarczający, by – poprzez korbowód – zapewnić korbie wału korbowego jeden pełny.


Rys.82. Zarys budowy i działania SILNIKA SEGMENTOWEGO. Zamiana ruchu wahadłowego tłoka na ruch obrotowy wału korbowego. Celowo żadne z opisanych położeń tłoka nie jest ani skrajne, ani idealnie środkowe.

Dla większej pewności zastosowano dwa takie cylindry, działające na jeden wał - być może nawet na wspólną korbę, jak na szkicu patentowym (rys. 83), ale rysunek konstrukcyjny rzeczywistej i zainstalowanej maszyny tego nie potwierdza.


Rys.83. Szkic podłączenia dwóch korbowodów dwucylindrowego silnika segmentowego do wspólnej korby wału.

Ten rzeczywiście zrealizowany silnik znamy z jedynego zastosowania – posłużył do napędu amerykańskiej kanonierki śrubowej Pequot z 1863 r. Zyskała ona dobrą reputację, służąc w czasie wojny secesyjnej we flocie blokadowej. Jednostkę napędową kanonierki oceniano jako „nadzwyczaj lekką i zwartą”, pozwalała też rozwijać dużą prędkość. Jednak silnik przysparzał od początku do końca aktywnej służby okrętu pewnych problemów. Jak sądzi Donald L. Cannes, wynikały one prawdopodobnie głównie z nietypowości konstrukcji, odstręczającej mechaników. Pequot wycofano do rezerwy w czerwcu 1865 r. i sprzedano w 1869, a SILNIK SEGMENTOWY przeszedł do historii.

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



Dołączył: 20 Lip 2010
Posty: 5355
Przeczytał: 9 tematów


PostWysłany: Sob 8:46, 30 Paź 2010    Temat postu:

17. SILNIK Z WIBRUJĄCYMI WAHACZAMI, SILNIK ERICSSONA, SILNIK Z PODZIELONYM CYLINDREM, SILNIK TYPU „KONIK POLNY”, SILNIK Z OSCYLUJĄCYMI WAŁKAMI (vibrating lever engine, Ericsson-type engine, „Grasshopper” engine, divided-cylinder engine, Ericsson „double-trunk” engine)

Już sama obfitość nazw odnoszących się do jednej konstrukcji świadczy o trudnościach w opisaniu i określeniu tego wysoce oryginalnego rozwiązania, które jednak – w przeciwieństwie do innych dziwadeł – znalazło całkiem szerokie zastosowanie. W pewnej mierze zawdzięcza to pozycji w marynarce amerykańskiej swego twórcy, słynnego inżyniera (urodzonego w Szwecji) Johna Ericssona, projektanta pierwszej fregaty śrubowej USA, a potem okrętu znanego każdemu dziecku, czyli Monitora. Z jakichś powodów (podejrzewam, że chodziło o uniknięcie kłopotów z prawami patentowymi, ale mogę się mylić) Ericsson uwielbiał niestandardowe rozwiązania swoich maszyn parowych, o skomplikowanej kinematyce, jak np. w opisywanym już tu przeze mnie silniku wahadłowym (punkt 10.2). Jednak to właśnie SILNIK Z WIBRUJĄCYCMI WAHACZAMI tak zrósł się z jego nazwiskiem, że dał powód do stosowania indywidualnej nazwy SILNIKA ERICSSONA, chociaż przecież nie był jedynym typem zaprojektowanym przez tego wizjonerskiego konstruktora.
Na dodatek wiele z przytoczonych wyżej terminów jest mocno lub całkowicie mylących. Silnik wahadłowy Ericssona też miał wibrujące (oscylujące) wahacze, a jednak był czymś zupełnie odmiennym. O pozostałych mylnych tropach („konik polny”, „podwójno-szybowy” itd.) później. Pozwala to zrozumieć, dlaczego mówi się o rozwijaniu przez Ericssona rozmaitych wersji swoich silników z wibrującymi wahaczami od połowy lat 1840., chociaż konstrukcja będąca przedmiotem tego „odcinka” została zainstalowana po raz pierwszy w 1860 r. na cywilnych parowcach Judith i Daylight (przynajmniej ten ostatni trafił zresztą na początku lat 1860. do marynarki wojennej USA). Najsłynniejsza maszyna parowa omawianego typu posłużyła do napędu pancernika wieżowego Monitor w 1862 r.
Istotę wykonania i wyglądu określił trafnie sam konstruktor, pisząc o SILNIKU Z PODZIELONYM CYLINDREM, aczkolwiek także to może wprowadzać w błąd (i wprowadza!), gdyż z termodynamicznego punktu widzenia chodziło o dwa całkowicie niezależne cylindry. Wspólną cechą wszystkich maszyn parowych Ericssona z wibrującymi wahaczami było natomiast przenoszenie posuwisto-zwrotnego ruchu tłoków najpierw na poruszające się ruchem obrotowo-zwrotnym wałki z dźwigniami (wahaczami), a dopiero z nich – za pośrednictwem korbowodów – na obracający się już „normalnie” wał korbowy.
Główny element wykonywano w postaci poziomej rury z umieszczoną w środku przegrodą, oddzielającą przestrzenie pracy dwóch tłoków. Tym niemniej rzekoma jednocylindrowość, podkreślana za Ericssonem przede wszystkim przez autorów amerykańskich, jest czystą fikcją, gdyż oba tłoki poruszały się kompletnie oddzielnie (w innych fazach!), sterowane własnymi – napędzanymi od osobnych mimośrodów na centralnym wale korbowym – suwakami. Ten zespół cylindrów ustawiano w poprzek osi wzdłużnej okrętu, prostopadle do linii wału korbowego. Każdy tłok miał własne tłoczysko wysuwające się na zewnątrz układu i poprzez niewielką dźwignię napędzające krótki wałek oscylacyjny ułożyskowany z boku płyty podstawy. Ruchy obrotowo-zwrotne wałków przekładały się na wahanie (wibracje) osadzonych na nich dłuższych wahaczy (rys. 84).


Rys.84. Szkic układu ogólnego SILNIKA ERICSSONA. Wychodzące w przeciwne strony tłoczyska związane są z dwoma nie połączonymi ze sobą tłokami, a pozornie pojedynczy cylinder ma w środku przegrodę zmieniającą go naprawdę w dwa cylindry.

Oczywiście przesunięcia tłoków, ich suwaków, wahaczy, musiały być zsynchronizowane, skoro ostatecznym efektem miało być napędzanie jednego wału korbowego (rys. 85), ale amerykańskie zapewnienia o pracy „w tandemie” są zupełnie niepotrzebne, ponieważ w taki sposób KAŻDY silnik dwucylindrowy był przecież tandemem, a tu nawet nie występował układ posobny, prowokujący do użycia tego terminu.
Korbowody biegnące od obu wahaczy napędzały wspólny czop korbowy na wale. Napęd dla pomp skroplinowo-powietrznych i pomp cyrkulacyjnych pobierano od końców wałków oscylacyjnych. Stosowano tradycyjny skraplacz natryskowy.


Rys.85. Kilka faz ruchu silnika Ericssona, pokazujących jego skomplikowaną kinematykę. Były chwile, kiedy oba tłoki przesuwały się razem w lewo lub w prawo, kiedy poruszały się w przeciwnych kierunkach biegnąc do środka, albo odchodząc od siebie na zewnątrz! Wszystko to trzeba było zapewnić właściwym rozrządem pary, a przecież na dodatek dochodziła potrzeba regulacji stopnia ekspansji, czyli dokładnego czasu zamknięcia kanałów wlotowych w tym samym układzie ogólnym. Na czerwono para dolotowa, na niebiesko para wylotowa.

Większość autorów opisujących ten typ silnika lub podkreślać, że jego charakterystyczną cechą był brak martwego położenia tłoków, nawet gdy korbowody ustawiły się do siebie pod kątem 90 stopni, ale nic nie wspominają o arcyciekawej cesze konstrukcyjnej tłoków, w pewnej mierze rurowych (szybowych). Otóż przekształcenie prostoliniowego ruchu poziomych tłoczysk na wahliwy ruch pionowych dźwigni nie byłoby możliwe bez zwiększenia liczby stopni swobody (skojarzenie prostej z łukiem). Tłoczyska mogły się więc w rzeczywistości odchylać od poziomu dzięki przegubom na obu końcach, a szczelność przy wysuwaniu przez zewnętrzną pokrywę cylindra zapewniała rura połączona sztywno z tłokiem. Zastosowano zatem zasadę dobrze znaną z maszyn z tłokiem rurowym – różnica polegała na bardzo niewielkiej nadwyżce średnicy rury nad wymiarami tłoczyska (tu należało tylko umożliwić drobne ustawienia tłoczyska pod kątem, tam – wahania całego korbowodu) oraz braku rury po drugiej stronie tłoka. Tym niemniej najprawdopodobniej to właśnie rozwiązanie stało się powodem obdarzania silnika Ericssona również mianem DOUBLE TRUNK ENGINE.

Ten typ okrętowej maszyny parowej miał zresztą więcej cech skłaniających do nazywania go terminami kojarzonymi na co dzień z silnikami zupełnie inaczej rozwiązanymi w części zasadniczej. Poziome, krótkie wałki oscylacyjne wraz z osadzonymi na nich wahaczami traktowano niekiedy całościowo, jako „dźwignie kątowe” lub „dźwignie L-kształtne”, co objawiało się z mylącym umieszczaniem silnika wśród maszyn z wahaczami kątowymi (zob. punkt 3). Wibrujące (oscylujące) jednoramienne dźwignie nasunęły natychmiast skojarzenie z konikiem polnym i stąd nazwa „Grasshopper” engine, chociaż – jak może pamiętamy – zastosowano ją dużo wcześniej do kompletnie inaczej działających silników z półwahaczami (zob. punkt 2). Z kolei fakt skierowania tłoczysk na zewnątrz wału korbowego i uzyskania napędu od korbowodów wracających do osi centralnej powoduje umieszczanie czasem tej maszyny w grupie silników z powrotnymi korbowodami (zob. punkt 13), także przecież uderzająco odmiennymi.

W sumie SILNIK ERICSSONA był na tyle dziwaczny, że nie naśladowany prawie wcale przez innych konstruktorów, ale zarazem zwarty, niski i całkiem udany. W maszyny tego typu wyposażono m.in. wspomniane wcześniej cywilne parowce Daylight oraz Judith, a potem pancerne okręty marynarki USA – Monitor, Galena, Passaic, Tecumseh, Canonicus, Catawba, Mahopac, Oneota, Manayunk, Manhattan, Saugus, Tippecanoe, Agamenticus, Monadnock, Dictator, Puritan, także kanonierki Saco i Maumee oraz szybki krążownik (fregatę) Madawsca. Wielkość wahała się od średnicy cylindrów 71 cm przy skoku tłoków 61 cm (chociaż na Monitorze tylko 56 cm), do średnicy cylindrów 254 cm, przy skoku tłoków 1,22 m. Moce obejmowały wartości od 320 koni indykowanych po 3500 koni indykowanych.

Przynajmniej na zwodowanej w 1865 r. fregacie Madawsca (może także na okrętach Dictator i Puritan – brak mi wystarczająco ścisłych informacji na ten temat) SILNIK Z WIBRUJĄCYMI WAHACZAMI otrzymał jeszcze bardziej zdumiewającą postać – być może Ericsson nie był zadowolony ze zbyt małego stopnia komplikacji pierwszej wersji ( Smile ), a może chciał ułatwić ustawienie ogromnej maszyny na stosunkowo wąskim okręcie. Dość, że tutaj oba cylindry rozdzieliły się trochę, tworząc układ V, chociaż idea działania się nie zmieniła (rys.86).


Rys.86. Diagram ilustrujący działanie silnika Ericssona na okręcie Madawsca.

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



Dołączył: 20 Lip 2010
Posty: 5355
Przeczytał: 9 tematów


PostWysłany: Śro 13:02, 03 Lis 2010    Temat postu:

11.2. SILNIK PODWÓJNOTŁOCZYSKOWY Z NORMALNIE PROWADZONYM KORBOWODEM

Umieszczenie tej konstrukcji tutaj (po punkcie 17) wynika z przeoczenia. Opisałem jednotłoczyskowy silnik poziomy z normalnie prowadzonym korbowodem w punkcie 11.1. i sama numeracja wskazuje, że miała być po nim maszyna parowa z punktu 11.2, ale się zagapiłem. Niniejszym nadrabiam zaległość.
Co do istoty pracy i układu chodzi o bardzo standardowy silnik bezpośredniego działania (w podwójnym tego słowa znaczeniu – napędzał wał śrubowy bez pośrednictwa przekładni przyspieszającej i przekazywał ruch bez wykorzystania jakichkolwiek wahaczy), z „normalnie” skierowanymi korbowodami, czyli leżącymi między cylindrami a wałem korbowym. W gruncie rzeczy byłaby to najzwyklejsza pod słońcem maszyna parowa o poziomych cylindrach, typowych tłoczyskach i typowych korbowodach, jak opisana w punkcie 11.1., gdyby nie jedno drobne, niecodzienne rozwiązanie.
Otóż wyposażono ją w dwa tłoczyska dla każdego cylindra, pomimo że wcale nie musiały omijać wału korbowego, ponieważ krzyżulec/wodzik znajdował się po tej samej stronie co cylinder! Na przedłużeniu tych tłoczysk biegły od krzyżulca dwa drążki do napędu leżących po przeciwnej stronie wału pomp (w tym przede wszystkim pompy skroplinowo-powietrznej) – te już oczywiście trzeba było poprowadzić niecentralnie. Chodziło więc najprawdopodobniej o wyrównanie sił działających na wodzik. W innych rozwiązaniach tego samego problemu dawano pojedyncze tłoczyska do poruszania krzyżulcem/wodzikiem, od którego odchodził korbowód biegnący do wału korbowego, a dla napędzania pomp mocowano do tłoka niecentralnie umieszczone drążki dodatkowe.
Taki dość unikatowy w sumie silnik (charakteryzował się jeszcze nietypowym umieszczeniem i kształtem komory rozrządu), wykonany przez firmę Pease & Murphy, zainstalowano na zwodowanej w 1855 r. (i wprowadzonej do służby w 1857 r.) śrubowej korwecie/fregacie US Navy, Niagara. Miał trzy cylindry o średnicy 1,83 m i skoku tłoków 0,91 m, ułożone poziomo, poprzecznie do osi wzdłużnej jednostki. Dawał moc 1955 czy 1995 koni indykowanych. Świetny autor Donald L. Canney błędnie twierdzi, jakoby „podwójne tłoczyska [biegły w nim] bezpośrednio do wału korbowego”, co byłoby absurdem konstrukcyjnym i wynika z nieumiejętnego odczytania rysunku technicznego. Piękna ilustracja przedstawiająca budowę tego silnika zawarta jest w jego książce „The Old Steam Navy. Frigates, Sloops and Gunboats, 1815-1885”, ale nie znalazłem jej w żadnym ze zbiorów, co do których wygasły prawa autorskie, więc musimy zadowolić się schematem.


Rys.87. Schemat działania silnika na amerykańskiej fregacie/korwecie śrubowej Niagara.

Krzysztof Gerlach
CDN


Ostatnio zmieniony przez kgerlach dnia Czw 6:51, 04 Lis 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: 5355
Przeczytał: 9 tematów


PostWysłany: Sob 11:19, 06 Lis 2010    Temat postu:

18. SILNIK Z PODWÓJNYM KRZYŻULCEM (double-crosshead engine, machine a double té)

Jeden z wielu pomysłów na przezwyciężenie problemu za krótkiego korbowodu w silnikach bezpośredniego działania (w znaczeniu: bez wahaczy), kiedy pionowy cylinder stał tuż pod wałem korbowym, w wersji do napędu bocznokołowców.
To szczególne rozwiązanie, wykoncypowane zapewne przez Edwarda Bury, wprowadziła firma Fawcett, Preston & Co. Najczęściej chodziło o maszyny jednocylindrowe. Tłoczysko kończyło się specjalną wersją krzyżulca, od którego końców szły w dół dwa ramiona (stanowiące integralną, sztywną całość z krzyżulcem, a nie łączone z nim przegubowo), sięgające boków pionowego cylindra. Na tych bokach, czyli na płaszczu cylindra, umieszczano pionowe prowadnice dla elementów wodzących, którymi kończyły się wspomniane ramiona. Do końców ramion doczepiano przegubowo gigantyczne widełki korbowodu, obejmujące cały cylinder. Oczywiście ramiona krzyżulca mogły się posuwać tylko prostoliniowo w górę i w dół, razem z tłoczyskiem, utrzymywane na swoich torach przez elementy wodzące i prowadnice, natomiast widełki korbowodu odchylały się swobodnie, w miarę potrzeby. W ten sposób korbowód zaczynał się na dole bardzo nisko – przeguby widełek nawet przy najwyższym położeniu korby leżały poniżej górnej pokrywy cylindra – dzięki czemu osiągał sporą długość (rys. 88). Ponieważ bieg i kształt widełek korbowodu powtarzały dokładnie formę krzyżulca z jego idącymi w dół ramionami, silnik nosił nazwę double-crosshead engine, a ów wygląd stworzył też termin francuski a double té. Z tłumaczeniem polskim jest ten problem, że nasze rodzime słownictwo pojawiło się w czasach dużo bardziej zaawansowanych maszyn parowych, kiedy praktycznie wszystkie krzyżulce służyły od razu jako wodziki, więc automatycznie przyjęła się tożsamość crosshead = wodzik. Stąd np. u Przemysława Urbańskiego mamy „silnik z podwójnym wodzikiem”, chociaż pierwszy rzut oka na schemat działania ujawnia dokładnie tyle samo elementów wodzących, co w każdej innej maszynie wodzikowej, a zdwojona jest – i to tylko w pewnym sensie – liczba krzyżulców.

[link widoczny dla zalogowanych]
Rys.88. Silnik z podwójnym krzyżulcem. Wprawdzie w wersji lądowej, używanej w młynie do trzciny cukrowej i opatentowanej przez kogo innego, ale konstrukcyjnie identyczny z okrętowymi maszynami parowymi angielskiej firmy Fawcett, Preston & Co.

W gruncie rzeczy było to rozwiązanie bardzo podobne do już przeze mnie pokazywanego (rys. 68), tyle że w wersji z pionowym cylindrem, na większą skalę oraz z prowadnicami na płaszczu.

W silniki tego typu wyposażono sporą grupkę jednostek pływających, zwłaszcza że rozmaite firmy (w Anglii Rennie, we Francji w 1847 państwowe zakłady na wyspie Indret) konstruowały własne wersje. Pracowały nieźle, ale nigdy nie zdobyły dużej popularności.

Krzysztof Gerlach
CDN


Ostatnio zmieniony przez kgerlach dnia Nie 21:59, 06 Wrz 2015, w całości zmieniany 2 razy
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
kgerlach
Administrator



Dołączył: 20 Lip 2010
Posty: 5355
Przeczytał: 9 tematów


PostWysłany: Wto 9:00, 09 Lis 2010    Temat postu:

19. SILNIK Z PODWÓJNYM ROZPRĘŻANIEM PARY, SILNIK SPRZĘŻONY (compound engine, double-expansion engine, Verbundmaschine, machine du système Woolf)

Jeden z najdłużej rozwijanych pomysłów. Narodził się już w 1781 r. w głowie angielskiego inżyniera Jonathana Cartera Hornblowera, pracującego u Jamesa Watta, od 1803 r. realizowany szeroko w maszynach Arthura Woolfa wykorzystywanych na lądzie, użyty po raz pierwszy do napędu małych, śródlądowych jednostek pływających w latach 1820. i 1830., ale dopiero po sprzężeniu z śrubą w 1853 r. przez firmę Elder & Randolph oraz zainstalowaniu w rok później na statku Brandon, przebił się na morze.
Ogólnie idea opierała się na spostrzeżeniu, że para wychodząca z cylindra nie jest jeszcze całkiem rozprężona, więc posiada energię, która jest zwyczajnie marnowana podczas skraplania. Zamiast więc kierować zużytą parę od razu do skraplacza, Hornblower wyprowadził ją do drugiego cylindra, niskiego ciśnienia, gdzie mogła rozprężać się dalej, w kolejnym cyklu, dając dodatkową pracę. Ponieważ była to praca pochodząca od tej samej, jednej porcji pary, automatycznie wzrastała moc silnika lub malało zużycie paliwa przy tej utrzymaniu mocy. Oczywiście zysk praktyczny nie przedstawiał się równie dobrze jak teoretyczny, gdyż wszystkie dodatkowe mechanizmy zwiększały straty mechaniczne (tarcie) i cieplne (promieniowanie, kondensacja), maszyna dużo więcej kosztowała, wzrastały wydatki na remonty, utrzymanie, bieżącą eksploatację. Na to nakładały się kłopoty wykonawcze – przygotowanie wielkich cylindrów niskiego ciśnienia często przekraczało ówczesne możliwości odlewnicze. Dla bardzo niskich ciśnień stosowanych pierwotnie w maszynach parowych cała zabawa mogła nie być warta zachodu, albo nawet przynieść pogorszenie efektów, lecz w miarę wzrostu tych ciśnień – stopniowego, ale stałego w miarę upływania XIX w. – potencjalne korzyści przedstawiały się coraz bardziej obiecująco. Do prawdziwego przełomu potrzeba było jednak wielu czynników: uruchomienia tras żeglugowych, gdzie pozyskanie paliwa sprawiało poważne trudności, wzrostu cen węgla, by oszczędność się opłacała, bardzo znacznego zwiększenia ciśnień pary – co z kolei wymagało postępu w konstrukcji i materiałach kotłów, powrotu do (znacznie zmienionych i udoskonalonych) skraplaczy powierzchniowych (przeponowych) itd.
Uzasadnione też staje się pytanie, dlaczego nie można było po prostu rozprężyć pary do końca w pierwszym i jedynym cylindrze. Otóż wpływały na to dwa powody. Po pierwsze, taki silnik musiałby mieć nienormalnie długi skok i – co za tym idzie – gigantyczny promień korby na wale korbowym. Stwarzałoby to wielorakie problemy konstrukcyjne i eksploatacyjne, a przede wszystkim zabierało masę miejsca w jednym z kierunków, zwłaszcza przy maszynach bezpośredniego działania. Po drugie, podczas rozprężania pary spada też jej temperatura; jeśli w danym cylindrze trwa to bardzo długo, wielka jest też w nim ostateczna różnica temperatur; kiedy teraz do silnie ochłodzonej przestrzeni napływa nowa, gorąca para, skrapla się zamiast wykonywać pracę, co jest wielce niekorzystne póki po tej stronie tłoka znajduje się strefa ciśnieniowa, a staje się wręcz bardzo niebezpieczne, kiedy zmienia się ona w strefę wylotową, w której pod koniec suwu dochodzi do sprężania resztek. Z tego punktu widzenia znacznie korzystniej było rozprężać parę w krótkich cyklach, w kolejnych cylindrach.


19.1. SILNIKI SPRZĘŻONE BEZ PRZELOTNI PARY, MASZYNY PODWÓJNEGO ROZPRĘŻANIA W SYSTEMIE WOOLFA (Woolf engine, machine du système Woolf, machine de Woolf)

Jeśli para opuszczająca cylinder wysokiego ciśnienia przelatuje od razu jako robocza do cylindra niskiego ciśnienia, zaś tłoki w obu cylindrach pracują na wspólny wał korbowy, możliwe są tylko dwa rozwiązania – korby znajdują się dokładnie w tym samym położeniu, a tłoki pracują w tej samej fazie (rys. 89) lub też korby są obrócone względem siebie o 180 stopni, a toki poruszają się w przeciwnych kierunkach (rys. 90). Układ pierwszy wykorzystywał pierwotnie sam Woolf na początku XIX w., zaś układ drugi zastosowała firma Elder & Randolph w opatentowanym w 1853 r. przez Johna Eldera silniku okrętowym; był też charakterystyczny dla maszyn Lentza jeszcze na początku wieku XX.
Konieczność posługiwania się jednym z tych dwóch rozwiązań wynika z faktu, że tylko wtedy cylinder niskiego ciśnienia otrzymuje parę dokładnie w tym czasie, w którym jest ona wypychana z cylindra wysokiego ciśnienia i są to równocześnie zakresy właściwe dla jego pracy. W innych przypadkach trzeba by odcinać dolot pary do cylindra niskiego ciśnienia, kiedy ona jeszcze opuszcza pierwszy cylinder, a potem wołać o kolejną porcję pary, kiedy cylinder wysokiego ciśnienia akurat jej nie dostarcza.

[link widoczny dla zalogowanych]
Rys.89. Idea systemu Woolfa przy korbach cylindra wysokiego ciśnienia (CWC) i niskiego ciśnienia (CNC) leżących w tej samej płaszczyźnie. Dopóki do CWC doprowadzana jest świeża para z kotła, tłok wypycha częściowo zużytą parę do CNC – faza „a”. Kiedy zostaje odcięty dopływ pary do CWC i przechodzi on do etapu pracy wykorzystującego rozprężanie pary, to samo dzieje się w CNC, więc nie ma potrzeby wymiany między cylindrami – faza „b”. Po zmianie kierunku ruchu obu tłoków mamy analogiczną sytuację, tylko z przeciwnej strony – fazy „c” i „d”.

[link widoczny dla zalogowanych]
Rys.90. Idea systemu Woolfa przy korbach przesuniętych względem siebie o 180 stopni. Inna jest droga pary, ale fazy a,b,c,d identyczne jak w poprzednim układzie.

Odmiana z tłokami cylindrów wysokiego i niskiego ciśnienia pracujących na korby ustawione w takiej samej pozycji prędko nasunęła myśl – a może nawet taka koncepcja była pierwotna? – aby po prostu wykorzystywać te samą korbę. Teoretycznie dało się to zrobić przez zbliżenie cylindrów do siebie i wydłużenie równoległej do osi wału części wykorbienia, ale w praktyce bardzo dużą popularność zyskał układ tandem, zwany też układem posobnym. W takim przypadku jedno z tłoczysk łączyło oba tłoki cylindra, a od drugiego biegł pojedynczy korbowód do wału korbowego, na krótką, typową korbę. Układy tandem wykonywano w postaci z poziomymi i pionowymi cylindrami, z cylindrami wysokiego ciśnienia bliżej wału korbowego oraz (znacznie częściej) z CWC dalej od wału korbowego. Najchętniej posługiwano się zespołami pionowych cylindrów, w których mały CWC był posadzony od góry na wielkim CNC (rys. 91), a wał korbowy sytuowano na samym dole. Jednak panowała pod tym względem ogromna różnorodność, wykorzystywano często cylindry skośne, a trafiały się nawet rozwiązania, w których oba cylindry układu tandem stały w pionie (w jednej lub drugiej kolejności), zaś wał korbowy obracał się nad nimi.

[link widoczny dla zalogowanych]
Rys.91. Najpopularniejsze ustawienie cylindrów pracujących w układzie tandem. Oznaczenia ja na rys. 89.

Krzysztof Gerlach
CDN


Ostatnio zmieniony przez kgerlach dnia Pon 18:59, 07 Wrz 2015, w całości zmieniany 2 razy
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
kgerlach
Administrator



Dołączył: 20 Lip 2010
Posty: 5355
Przeczytał: 9 tematów


PostWysłany: Pią 22:57, 12 Lis 2010    Temat postu:

19.2. SILNIKI SPRZĘŻONE WYPOSAŻONE W PRZELOTNIĘ PARY, SILNIKI PODWÓJNEGO ROZPRĘŻANIA PARY WYPOSAŻONE W PRZELOTNIĘ (compound engine with receiver, double-expansion engine with receiver, Verbundmaschine mit Sammler, Verbundmaschine mit Aufnehmer, machine du système Wolf a réservoir)

Rozwiązania przedstawione w punkcie 19.1. charakteryzowały się dużą prostotą, ale miały także poważne wady. Oba tłoki równocześnie docierały do martwych położeń (punktów zwrotnych), więc żaden nie pomagał drugiemu w ich przejściu. Dla wyrównania nierównomierności ruchu potrzeba było stosować masywne koła zamachowe. Jeśli silnik został zatrzymany w chwili, gdy tłoki znajdowały się na krańcach swych suwów, ponowny start w pożądanym kierunku mógł sprawić poważny kłopot.
Jednak inne ustawienie korb niż z przesunięciem o zero albo o 180 stopni prowadziło do przesunięcia w fazie pracy obu cylindrów. Dlatego opracowano trochę bardziej złożone i cięższe silniki z przelotnią pary. Stanowiła ona rezerwuar pary opuszczającej CWC w czasie, gdy CNC nie mógł jej jeszcze pobierać, a zarazem zapas, z którego CNC mógł ją pobierać, kiedy CWC nie znajdował się w fazie usuwania częściowo zużytego medium (rys. 92).


Rys.92. Idea pracy silnika z podwójnym rozprężaniem pary i przelotnią, dla przypadku ustawienia korb obu cylindrów w płaszczyznach znajdujących się względem siebie pod kątem 90 stopni.
A) Do CWC musi być od góry dostarczona świeża para; u dołu jest on całkowicie wypełniony parą częściowo zużytą, więc trzeba zachować wylot otwarty. Jednak CNC nie przyjmuje już pary, bowiem ta wcześniej dostarczona powinna mieć czas na rozprężenie się. Zatem para z CWC musi tymczasem „przechować się” w przelotni.
B) Do CNC trzeba dostarczyć parę od dołu. Ale CWC już jej nie dostarcza, bowiem te resztki, które w nim zostały, powinny zostać sprężone. Zatem CNC może pobrać parę tylko z „zapasu” w przelotni.
C) Sytuacja analogiczna jak w A) tylko kierunki ruchu tłoków przeciwne.
D) Sytuacja analogiczna jak w B) tylko kierunki ruchu tłoków przeciwne.

Rozmaitej konstrukcji (bocznobalansjerowe, skośne, pionowo-skośne, poziomo-skośne) maszyny okrętowe z przelotnią pary między CWC a CNC opracował i instalował na statkach już w latach 1830. Gerhard Moritz Roentgen, Holender niemieckiego pochodzenia (rys. 93). Analogiczne rozwiązanie zastosowano w silnikach z potrójnym rozprężaniem pary, które zaczęto wprowadzać na lądzie w latach 1860., a na morzu od 1871 r. Oczywiście tam osobne przelotnie pary znajdowały się między CWC a cylindrem średniego ciśnienia oraz między tym ostatnim a CNC. W 1884 r. pojawił się pierwszy statek wyposażony w maszynę z poczwórnym rozprężaniem pary.


Rys.93. Silnik sprzężony Roentgena na statku rzecznym Stad Keulen. Chociaż „1” przypomina baryłkę w ładowni, to w rzeczywistości przedstawia cylinder wysokiego ciśnienia. Cylinder niskiego ciśnienia „2” jest niemal poziomy. Na wspólnym tłoczysku z nim znajduje się element „3”, a para ta wygląda absolutnie jak pozioma maszyna podwójnego rozprężania pary w układzie „tandem” – tymczasem „3” jest tu naprawdę pompą skroplinowo-powietrzną. Dziwne „pojazdy” wielokołowe „4” przed każdym z cylindrów to niecodzienne wodziki rolkowe.


19.3. LICZBY I UKŁADY CYLINDRÓW W SILNIKACH WIELOKROTNEGO ROZPRĘŻANIA PARY

Dla maszyn parowych DWUKROTNEGO ROZPRĘŻANIA PARY naturalnym wydaje się rozwiązanie z jednym, małym cylindrem wysokiego ciśnienia i jednym dużym cylindrem niskiego ciśnienia. Jednak wcale nie musiało tak być, a nawet w takim przypadku inwencja konstruktorów pod względem ustawiania tych cylindrów wydawała się nie mieć granic.
Na rys. 94 pokazałem możliwe warianty dla układu „tandem”, na rys. 95 najczęściej stosowane odmiany układu „compound” (nazwa jest tradycyjna, ale WYSOCE MYLĄCA, ponieważ używa się jej także w odniesieniu do WSZYSTKICH silników podwójnego rozprężania pary, a czasem nawet do dwucylindrowych, zwykłych silników – pojedynczego rozprężania pary – o takim ustawieniu cylindrów!). Rys. 96 przedstawia schematy ustawień typu V lub typu boxer dla działania na jedną korbę i dla dwóch korb. Na rys. 97 widzimy działanie CWC i CNC na jedną korbę, ale na sposób „syjamski” oraz – bodaj najoryginalniejsza koncepcja – umieszczenie CWC w środku pierścieniowego CNC i przyłączenie wszystkich tłoczysk do wspólnego korbowodu. Rys. 98 ilustruje sposoby przeniesienia napędu poprzez balansjer górny – z cylindrami po obu końcach oraz na jednym końcu balansjera, a także wersję z podwójnymi wahaczami dolnymi. Ponadto trzeba pamiętać, że schematy te i tak nie obejmują wszystkich próbowanych wariantów.


Rys.94. Cylindry w układzie tandem. Rzuty z boku.


Rys.95. Cylindry stojące lub leżące obok siebie, wzdłuż linii wału korbowego. Rzuty z boku poza „A”, który jest rzutem z góry.


Rys.96. Układy cylindrów „V” i „boxer”. Rzędy górne to rzuty boczne (rząd najwyższy) i górne przy korbowodach przyłączonych do jednej korby, rzędy dolne to rzuty boczne (trzeci od góry) i górne przy korbowodach przyłączonych do różnych korb.


Rys.97. Po lewej CWC i CNC poruszają zgodnie wspólną poprzeczką (jakby samą górą klamry T-kształtnej z silników syjamskich), od której odchodzi korbowód. Po prawej CWC wewnątrz pierścieniowego CNC; tłok tego pierwszego ma centralne tłoczysko, tłok w tym drugim wyposażony jest w dwa tłoczyska boczne, ale wszystkie trzy są połączone.


Rys.98. W górnym rzędzie dwa rozwiązania z górnym balansjerem. Na dole CWC nr „1” na pierwszym planie za pośrednictwem krzyżulca i drążków porusza dwoma bocznymi, równoległymi wahaczami „2”; za nim CNC nr „3” porusza równoległymi wahaczami „4”; w tym przypadku korbowody działają na przesunięte korby.

Przy rozpoznawaniu silników wielokrotnego rozprężania pary na starych ilustracjach powstaje jednak dodatkowy problem. Zdarzały się mianowicie sytuacje, gdy cylinder niskiego ciśnienia wypadałby zbyt wielki (z uwagi na możliwości wykonawcze czy inne przeszkody) i wówczas dzielono go na klika mniejszych (z reguły 2). W takich przypadkach liczba cylindrów w maszynie podwójnego rozprężania zwiększała się do trzech (rzadko więcej) ustawionych w najrozmaitszych układach i czasem bardzo niewiele różniących się rozmiarami. Odróżnienie silników tej konstrukcji od trzycylindrowych maszyn pojedynczego rozprężania pary może być bardzo trudne. Ale także wśród dwucylindrowych silników podwójnego rozprężania pary stosowano rozwiązania, w których płaszcz parowy wokół CWC nadawał mu rozmiary CNC, co może powodować mylenie takich maszyn z dwucylindrowymi silnikami pojedynczego rozprężania pary.
Liczba cylindrów w maszynie sprzężonej mogła ulec dalszemu zwiększeniu poprzez zdwojenie modułu podstawowego. Tak działały silniki systemu Lentza, systemu Christiansena i Meyera, systemu Fredriksstad jeszcze w XX w. Były z reguły czterocylindrowe, z dwoma CWC i dwoma CNC, przy czym w module podstawowym korby przesuwano o 180 stopni, a między korbami dwóch modułów zachowywano kąt 90 stopni. W szczególnie wielkich konstrukcjach stosowano nawet potrojenie modułu podstawowego.

W sumie realna liczba cylindrów w parowym silniku tłokowym podwójnego rozprężania wynosiła pozornie 1 (CWC schowany wewnątrz pierścieniowego CNC), 2, 3, 4 a nawet 6. W tym ostatnim przypadku mogło chodzić o trzy CWC i trzy CNC (potrojony moduł podstawowy CWC/CNC), lecz także o dwa CWC i cztery CNC (podwojony moduł podstawowy CWC plus 2 CNC).

W maszynach parowych potrójnego rozprężania pary najbardziej oczywistym rozwiązaniem było użycie trzech cylindrów o kolejno zwiększającej się objętości – cylindra wysokiego ciśnienia, cylindra średniego ciśnienia (CŚC), cylindra niskiego ciśnienia - i ustawienie ich szeregowo wzdłuż wału korbowego. Tym niemniej popularne było też grupowanie części cylindrów w układy „tandem”, zaś CŚC i CNC mogły ulegać multiplikacji dla zmniejszenia wymiarów. Przykładowe schematy stosowanych układów przedstawia rys. 99.


Rys. 99. Popularne układy cylindrów w silnikach o potrójnym rozprężaniu pary.

Wejście „na rynek” silników poczwórnego rozprężania pary, budowanych w rozmaitych zestawieniach i ustawieniach czterech, pięciu, sześciu i ośmiu cylindrów, jeszcze bardziej skomplikowało sytuację.

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



Dołączył: 20 Lip 2010
Posty: 5355
Przeczytał: 9 tematów


PostWysłany: Śro 10:54, 17 Lis 2010    Temat postu:

19.4. SILNIKI WIELOKROTNEGO ROZPRĘŻANIA PARY NA DREWNIANYCH OKRĘTACH WOJENNYCH

W zasadzie nawet najprostsze maszyny DWUKROTNEGO ROZPRĘŻANIA PARY trafiły do marynarek wojennych dopiero w samym schyłku epoki drewnianych okrętów. Bowiem zbyt późno osiągnęły wystarczający poziom niezawodności działania, wymagały ciśnień pary, przy których dochodziło do eksplozji kotłów, a ich zalety długo nie były specjalnie atrakcyjne w zastosowaniu do napędu jednostek o przeznaczeniu militarnym. Nawet konstruktorom pierwszych pełnomorskich okrętów opancerzonych (Gloire, Warrior) nie wydawało się potrzebne eksperymentowanie z takimi silnikami, skoro pod ręką mieli sprawdzone, niezawodne, zwarte i osiągające wielkie moce maszyny z pojedynczym rozprężaniem pary.

Do Royal Navy silnik sprzężony trafił może najpierw tylną furtką. Wspomniano już tu, że w 1854 r. firma Elder & Randolph zainstalowała dwucylindrową jednostkę napędową systemu Woolfa na małym, żelaznym parowcu śrubowym Brandon. W tym roku wybuchła wojna krymska i admiralicja brytyjska na gwałt czarterowała i rekwirowała rozmaite statki cywilne potrzebne do transportowania na Bliski Wschód żołnierzy, zapasów żywności, zaopatrzenia wojskowego, odwożenia rannych. Już 17.11.1854 Brandon wyruszył z Portsmouth do Konstantynopola zakontraktowany jako transportowiec No. 139. Został zwolniony ze służby w marynarce wojennej 3.12.1855, ale rząd ponownie wyczarterował go na krótko 10.03.1856.
Natomiast pierwszym prawdziwym okrętem Royal Navy wyposażonym w silnik podwójnego rozprężania pary (systemu Woolfa) była drewniana fregata parowa Constance z 1862 r. (w próbny rejs wyruszyła dopiero w 1865). Piękną ilustrację jej sześciocylindrowego silnika (2 CWC i 4 CNC) załączam na rys. 100. W 1865 r. zwodowano też drewnianą, lecz już opancerzoną korwetę Pallas, będącą drugim okrętem marynarki brytyjskiej, który otrzymał silnik sprzężony, tym razem firmy Humphrys, Tennant & Co.

[link widoczny dla zalogowanych]
Rys.100. Ilustracja z epoki, przedstawiająca silnik podwójnego rozprężania pary z fregaty HMS Constance. Układ V - w każdym bloku cylindry wysokiego ciśnienia umieszczone pomiędzy cylindrami niskiego ciśnienia.

Amerykańska marynarka wojenna zaczęła wprowadzać silniki podwójnego rozprężania pary jeszcze później. Fregata Tennessee otrzymała taką jednostkę napędową (4 cylindry w układzie dwóch tandemów) w ramach przebudowy realizowanej w latach 1871-1875. Następna była szóstka slupów typu Galena, zwodowanych w okresie 1873-1883 (ich dwucylindrowe maszyny leżały poziomo) oraz piątka drewnianych kanonierek typu Enterprise (także po jednym CWC i jednym CNC) z lat 1874-1878. W trzycylindrowy sinik sprzężony (jeden cylinder wysokiego ciśnienia o średnicy 148,6 cm i dwa cylindry niskiego ciśnienia o średnicach 198 cm) wyposażono zwodowany w 1876 okręt Trenton, wymykający się zwykłym klasyfikacjom – wciąż drewniany ale już z brązowym taranem.


19.5. SILNIKI HYBRYDY

Praktycznie w każdym okresie przejściowym, kiedy jedna generacja okrętowych maszyn parowych zaczynała ustępować miejsca następnej, pojawiały się konstrukcje usiłujące połączyć stare z nowym. Czasem projektantom chodziło o zatrzymanie największych zalet wypieranych rozwiązań, zwłaszcza wobec nieuniknionych trudności okresu ząbkowania wszelkich nowinek, zazwyczaj jednak podobne postępowanie dyktowała oszczędność. Po prostu nie zużyte jeszcze silniki starego typu łączono w zestawy z nowymi, by obniżyć koszty instalacji. Oczywiste jest w takim razie, że podobnych hybryd powstawało zbyt wiele, by je wszystkie omawiać, nie widzę też w tym większego sensu, skoro podstawowe elementy każdej z nich już wcześniej przedstawiłem osobno.
Zatem tylko kilka przykładów.

Gdy kończył się długi okres panowania silników z bocznymi wahaczami, zastępujące je maszyny bezpośredniego działania – zajmujące dużo mniej miejsca - sprawiały rozmaite kłopoty, wynikające głównie ze zbyt krótkich korbowodów w tych zwartych konstrukcjach. Próbą kompromisu miało być rozwiązanie z około 1845 r. Do jednocylindrowego silnika boczno-wahaczowego (dość tradycyjnego, chociaż prowadzenie krzyżulców zapewniały pionowe szczeliny dla płaszczyzn wodzących, jak w maszynach wieżowych, a nie prostowód Watta) dodano drugi cylinder, lecz nie obok, a wprost pod wałem korbowym. Jego boczne drążki przekazywały ruch krzyżulca bezpośrednio na sąsiednią korbę wału, obywając się bez wahaczy. Korby przesunięto względem siebie o 90 stopni, co łagodziło skoki momentu obrotowego i umożliwiało start z dowolnej pozycji tłoków (ilustr. 101).

[link widoczny dla zalogowanych]
Ilustr.101. Model hybrydy boczno-balansjerowej z silnikiem bezpośredniego działania, pokazywany w Science Museum w Londynie [fot. Grażyna Gerlach], z około 1845 r.

Kiedy zalety i wady napędu śrubowego względem bocznokołowego mocno jeszcze dyskutowano, brytyjska admiralicja wyposażyła w 1840 r. mały tender Bee w standardowy dla ówczesnych bocznokołowców silnik boczno-balansjerowy, ale w sposób umożliwiający zarówno poruszanie kołami łopatkowymi, jak śrubą, osobno lub równocześnie, i to nawet w różnych kierunkach. Nawiasem mówiąc, gdy napęd śrubowy od dawna dominował, wybitny konstruktor Isambard Kingdom Brunel postanowił odświeżyć pomysł równoczesnego zainstalowania kół łopatkowych i śruby, ponieważ żaden pojedynczy silnik nie był w stanie napędzać zaprojektowanego przez niego kolosa Leviathan (eksploatowanego jako słynny Great Eastern z 1858 r.), a wał śrubowy przenieść niezbędnego momentu. W rezultacie tradycyjny, dwucylindrowy silnik oscylacyjny poruszał wałem ogromnych kół bocznych, natomiast czterocylindrowa maszyna firmy James Watt & Co., nawiązująca koncepcyjnie do poziomych jednostek napędowych z śrubowych okrętów wojennych, wytwarzała moment obrotowy potrzebny do obracania śruby. Jednak raczej trudno to uznać za rozwiązanie hybrydowe, skoro chodziło o dwa zupełnie różne silniki (aczkolwiek mogły być zasilane ze wszystkich kotłów okrętowych) i dwa oddzielne pędniki.

Pojawienie się pierwszych maszyn podwójnego rozprężania pary – na razie tylko na statkach śródlądowych – przyniosło dylemat ekonomiczny armatorom eksploatującym starsze parowce, dalekie jeszcze od zużycia. Rozwiązaniem było dodawanie nowych cylindrów do już istniejących, teraz występujących w nowej roli. Na holenderskim stateczku rzecznym Hercules, Roentgen zatrzymał w 1829 r. dotychczasową parę poziomych cylindrów o średnicy 51 cm, traktując je jako CWC, których tłoki obracały wałem kół łopatkowych za pomocą przekładni zębatej. Dodał jednak do nich jeden pionowy cylinder średnicy 137 cm, wzięty z maszyny wahaczowej, a w nowym rozwiązaniu pełniący funkcję CNC, i połączył jego tłok bezpośrednio z korbą wału (rys. 102). Bardzo podobnie postąpił zresztą już twórca pierwszego na świecie silnika sprzężonego, Jonathan Hornblower, kiedy w 1781 r. potraktował cylinder istniejącej, balansjerowej pompy atmosferycznej, jako cylinder niskiego ciśnienia, obok którego ustawił nowy cylinder wysokiego ciśnienia.


Rys.102. Holenderska jednostka Hercules, eksploatowana na Renie i Mozie, po dodaniu w 1829 r. pionowego cylindra, do którego doprowadzano częściowo rozprężoną parę z dotychczasowych cylindrów poziomych, przez co cała instalacja zmieniła się w maszynę sprzężoną.

Krzysztof Gerlach
KONIEC


Ostatnio zmieniony przez kgerlach dnia Pon 18:38, 07 Wrz 2015, w całości zmieniany 1 raz
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
JacekZet




Dołączył: 16 Sty 2011
Posty: 137
Przeczytał: 0 tematów

Skąd: Sieradz

PostWysłany: Pon 0:02, 17 Sty 2011    Temat postu:

Moje skrzywienie zawodowe powoduje ze jak patrzę na wszystkie te silniki z prostowodami i wahaczami to ręce i nogi się uginają gdy trzeba naprawiać te wynalazki. Wszelkie połączenia ruchome lubią się zużywać a ich naprawy z rozbiórką i montażem rozmaitych często niemałych elementów wywołują u mnie podziw dla ludzi którzy to obsługiwali.
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
kossakowski




Dołączył: 27 Mar 2011
Posty: 28
Przeczytał: 0 tematów


PostWysłany: Pon 14:27, 28 Mar 2011    Temat postu:

Przepraszam za bałagan, ale muszę rozbić swojego posta na trzy przez zabezpieczenie antyspamowe narzucone przez serwis fora.pl
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
kossakowski




Dołączył: 27 Mar 2011
Posty: 28
Przeczytał: 0 tematów


PostWysłany: Pon 14:29, 28 Mar 2011    Temat postu:

Zaciekawiła mnie kinematyka działania silnika Erickssona, którą ze względu na wiele faz ruchu tłoków trudno oddać za pomocą obrazków. Wrzucam filmik przedstawiający schematycznie mechanizm oraz wykres położenia tłoków oraz ich prędkości.
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
kossakowski




Dołączył: 27 Mar 2011
Posty: 28
Przeczytał: 0 tematów


PostWysłany: Pon 14:33, 28 Mar 2011    Temat postu:

Pierwszy filmik z wykresem przedstawia jeden cykl pracy tego silnika. Oczywiście przy innej długości członów charakterystyka pracy będzie nieco inna, ale krzywe pozostaną jednakowe.

Legenda do filmiku pierwszego:

Czarny- Położenie tłoka prawego
Fioletowy- Położenie tłoka lewego
Niebieski- Prędkość tłoka prawego
Czerwony- Prędkość tłoka lewego

Drugi filmik to po prostu 10 sekund przedstawiających działanie tego mechanizmu Very Happy
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
kossakowski




Dołączył: 27 Mar 2011
Posty: 28
Przeczytał: 0 tematów


PostWysłany: Pon 14:34, 28 Mar 2011    Temat postu:

[link widoczny dla zalogowanych]

[link widoczny dla zalogowanych]


Ostatnio zmieniony przez kossakowski dnia Pon 14:34, 28 Mar 2011, w całości zmieniany 1 raz
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
AndrzejNS




Dołączył: 29 Lip 2010
Posty: 7
Przeczytał: 3 tematy

Skąd: Nowa Sól

PostWysłany: Pon 22:50, 25 Kwi 2011    Temat postu:

Panie Krzysztofie.
Zastanawia mnie kwestia niezawodności pierwszych maszyn parowych stosowanych na okrętach.
Czy posiada pan informacje jak często psuły się te maszyn?
W razie awarii pozostawały żagle, ale czy przy tych wielkościach części istniała jakaś szansa na naprawę na pełnym morzu?
Jakie elementy składowe napędów najczęściej ulegały awarii?
Ponieważ tribologia jako nauka wyodrębniła się dopiero w drugiej połowie XIXw. w związku z tym czy stosowane przed tą datą środki smarne spełniały swoją funkcję w sposób dostateczny?
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 3 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