Uniflow buhar motoru - Uniflow steam engine

Tek akışlı buhar motorunun şematik animasyonu.
Poppet valfler, üstteki dönen eksantrik mili tarafından kontrol edilir. Yüksek basınçlı buhar kırmızıya girer ve sarı renkte tükenir.

Uniflow bir çeşit buhar makinesi silindirin her bir yarısında sadece bir yönde akan buharı kullanır. Isıl verim silindir boyunca bir sıcaklık gradyanı ile arttırılır. Buhar her zaman silindirin sıcak uçlarından girer ve soğutucu merkezdeki deliklerden dışarı atılır. Bu sayede, silindir duvarlarının nispi ısınması ve soğuması azaltılır.

Tasarım ayrıntıları

Galloway uniflow buhar motoru, şimdi Thinktank, Birmingham Bilim Müzesi

Buhar girişi genellikle tarafından kontrol edilir poppet valfler (kullanılanlara benzer şekilde hareket eden içten yanmalı motorlar ) tarafından işletilen eksantrik mili. Giriş valfleri, strok başlangıcında minimum genleşme hacmine ulaşıldığında buharı kabul etmek için açılır. Krank döngüsünün bir periyodu boyunca, buhar kabul edilir ve daha sonra poppet girişi kapatılır, bu da pistonu tahrik ederek strok sırasında buharın sürekli genişlemesine izin verir. Vuruşun sonuna doğru, piston, silindirin merkezi etrafına radyal olarak monte edilmiş bir egzoz delikleri halkasını ortaya çıkaracaktır. Bu portlar, bir manifold ve borularla kondansatöre bağlanarak, odadaki basıncı atmosferin altına düşürerek hızlı tükenmeye neden olur. Krankın sürekli dönüşü pistonu hareket ettirir. Animasyondan, silindirin neredeyse yarısı uzunluğunda büyük bir piston, her iki ucunda poppet giriş valfleri, bir eksantrik mili (hareketi tahrik milininkinden türetilen) ve bir merkezi halka ile tek akışlı bir motorun özellikleri görülebilir. egzoz portları.

Avantajlar

Uniflow motorları, çalışma silindirinin sıcak ucundan ve buhar portlarından akan nispeten soğuk egzoz buharı olmadan tek bir silindirde potansiyel olarak daha fazla genişlemeye izin verir. geleneksel "ters akışlı" buhar motoru egzoz stroku sırasında. Bu durum daha yüksek termal verime izin verir. Egzoz portları, piston hareketinin küçük bir kısmı için açıktır ve egzoz portları, piston silindirin giriş ucuna doğru hareket etmeye başladıktan hemen sonra kapalıdır. Egzoz delikleri kapatıldıktan sonra silindir içinde kalan buhar hapsedilir ve hapsedilen bu buhar geri dönen piston tarafından sıkıştırılır. Bu, buharın alınmasından önce silindirin sıcak ucunu önceden ısıttığından termodinamik olarak arzu edilir. Bununla birlikte, aşırı sıkıştırma riski genellikle silindir kafalarına küçük yardımcı egzoz portlarının dahil edilmesine neden olur. Böyle bir tasarıma yarı tek akışlı motor.

Bu tipteki motorlar genellikle sıralı bir düzenlemede birden çok silindire sahiptir ve tek veya çift etkili olabilir. Bu tipin özel bir avantajı, valflerin birden fazla eksantrik milinin etkisiyle çalıştırılabilmesidir ve bu eksantrik millerinin göreceli fazını değiştirerek, düşük hızda yüksek tork için kabul edilen buhar miktarı arttırılabilir ve düşük hızda azaltılabilir. operasyon ekonomisi için seyir hızı. Alternatif olarak, daha karmaşık bir kam yüzeyi kullanan tasarımlar, tüm eksantrik milini takipçisine kıyasla uzunlamasına kaydırarak zamanlamanın değişmesine izin vererek, kabul zamanlamasının değiştirilmesine izin verdi. (Eksantrik mili mekanik veya hidrolik cihazlar ile kaydırılabilir.) Ve mutlak faz değiştirilerek motorun dönüş yönü değiştirilebilir. Uniflow tasarımı aynı zamanda silindirin aynı ucundan sıcak ve soğuk buharın geçişini önleyerek silindir boyunca sabit bir sıcaklık gradyanı sağlar.

Dezavantajları

Uygulamada, uniflow motorunun bir takım operasyonel eksiklikleri vardır. Büyük genleşme oranı, büyük bir silindir hacmi gerektirir. Motordan maksimum potansiyel işi elde etmek için, çift etkili ters akışlı tipte bir motordan tipik olarak% 80 daha hızlı olan yüksek bir ileri geri hareket oranı gereklidir. Bu, giriş valflerinin açılma sürelerinin çok kısa olmasına neden olur ve hassas bir mekanik parça üzerinde büyük bir baskı oluşturur. Karşılaşılan muazzam mekanik kuvvetlere dayanmak için, motorların ağır bir şekilde inşa edilmesi gerekir ve buhar basıncı silindir içinde hızla yükselip düştüğünde torktaki değişimleri yumuşatmak için büyük bir volan gerekir. Silindir boyunca termal bir gradyan olduğu için, duvarın metali farklı boyutlara genişler. Bu, silindir deliğinin soğuk merkezde sıcak uçlardan daha geniş işlenmesini gerektirir. Silindir doğru şekilde ısıtılmazsa veya su girerse, hassas denge bozulabilir ve strok ortasında nöbete veya potansiyel olarak tahribata neden olabilir.

Tarih

Uniflow motoru ilk kez 1827'de İngiltere'de kullanıldı. Jacob Perkins ve 1885'te patenti alındı Leonard Jennett Todd. Alman mühendis tarafından popüler hale getirildi Johann Stumpf 1909'da, bir yıl önce 1908'de üretilen ilk ticari sabit motor ile.

Buharlı lokomotifler

Uniflow ilkesi esas olarak endüstriyel enerji üretimi için kullanıldı, ancak aynı zamanda İngiltere'deki birkaç demiryolu lokomotifinde de denendi. Kuzey Doğu Demiryolu tek akışlı lokomotifler Hayır 825 1913 ve Hayır 2212 1919,^[1] ve Midland Demiryolu Paget lokomotifi. Fransa'da da deneyler yapıldı,^[2] Almanya, Amerika Birleşik Devletleri ve Rusya.^[1] Hiçbir durumda sonuçlar, daha fazla gelişmenin gerçekleştirilmesi için yeterince cesaret verici değildi.

Buharlı vagonlar

Bir Uniflow motorunun ilk büyük ölçekli kullanımı 1918'de Atkinson buharlı vagonlarında yapıldı.^[3]

Skinner Unaflow

Uniflow motorunun son ticari evrimi, Birleşik Devletler'de Skinner Engine Company tarafından Compound Unaflow Marine Steam Engine'in geliştirilmesiyle 1930'ların sonlarında ve 1940'larda gerçekleşti.^[1] Bu motor bir çan kulesi bileşik konfigürasyonu ve çağdaş dizellere yaklaşan verimlilik sağlar. Birçok araba feribotları üzerinde Büyük Göller o kadar donanımlıydı ki biri hala çalışıyor SSPorsuk 1952. Kazablanka-sınıf eskort taşıyıcı, en üretken uçak gemisi Tarihte tasarım, iki adet 5 silindirli Skinner Unaflow motor kullanıyordu, ancak bunlar kule bileşenleri değildi. Bileşik olmayan bir Skinner Uniflow, Great Lakes çimento taşıyıcısında 2013 yılına kadar hizmette kaldı SSSt. Marys Challenger, gemi 1950'de yeniden çalıştırıldığında kuruldu.

Küçük boyutlarda (yaklaşık 1.000 hp'den (750 kW) daha az), pistonlu buhar motorları buhar türbinlerinden çok daha verimlidir. White Cliffs Güneş Enerjisi İstasyonu üç silindirli bir tek akışlı motor kullandı "Bash "-tipi giriş vanaları yaklaşık 25 kW elektrik çıkışı üretir.

İki zamanlı motorların ev yapımı dönüşümleri

Tek etkili tek yönlü buhar motoru konfigürasyonu, bir iki zamanlı içten yanmalı motor ve silindiri buharla besleyerek iki zamanlı bir motoru tek akışlı bir buhar motoruna dönüştürmek mümkündür. "bash valfi "bujinin yerine takılır.^[4] Yükselen piston, strokunun tepesine yaklaştığında, bir buhar nabzı kabul etmek için bash valfini çalar. Valf, piston alçalırken otomatik olarak kapanır ve buhar, mevcut silindir deliklerinden dışarı atılır. Volanın ataleti, motorun orijinal biçiminde olduğu gibi, pistonu sıkıştırmaya karşı strokunun en üstüne taşır. Ayrıca orijinal gibi, dönüştürme kendi kendine başlamaz ve başlamak için harici bir güç kaynağı tarafından çevrilmesi gerekir. Böyle bir dönüşümün bir örneği, pedal çevirerek başlatılan buharla çalışan mopeddir.^[5]

Ayrıca bakınız

• Gelişmiş buhar teknolojisi

Referanslar

Kaynaklar

• Kendinize ısı motorlarını öğretin E. de Ville, The English Universities Press Limited tarafından yayınlandı, Londra, 1960, s. 40–41

Dış bağlantılar

• Retro Teknoloji Müzesi - Uniflow Buhar Motorları^{[ölü bağlantı ]}