насос Хамфри

насос Хамфри
насос Хамфри
	Верхняя часть насоса Хамфри на насосной станции имени короля Георга V в Лондоне.
Классификация	Жидкостно-поршневой насос, работающий на газе
Приложение	Водяные насосы для канализации, коммунального хозяйства, ирригации и сухих доков
Источник топлива	Угольный газ , добывающий газ или природный газ
изобретатель	ХА Хамфри
Изобретенный	1909

Насос Хамфри представляет собой большой внутреннего сгорания жидкостно-поршневой насос , работающий на газе. Насос был изобретен Х.А. Хамфри и впервые представлен в докладе Институту инженеров-механиков 19 ноября 1909 года. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}^{[ 3 ]} Насос, способный перекачивать 250 000 галлонов в час на высоту 35 футов, был выставлен на Брюссельской выставке 1910 года, где он был удостоен двух Гран-при как за двигатели, так и за насосы. ^{[ 4 ]}

Между 1906 и 1925 годами было построено небольшое количество насосов для использования в крупномасштабных проектах водоснабжения. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} Хотя было построено всего несколько насосов, некоторые продолжали эксплуатироваться до 1960-х годов. ^{[ 5 ]}

Операция

Насос Хамфри состоит из большой U-образной трубки, наполненной водой. Один конец закрыт тяжелой чугунной или стальной «головкой сгорания». Головка сгорания содержит впускной и выпускной клапаны, источник воспламенения и выдерживает давление камеры сгорания. Вода поступает в насос через подпружиненные впускные клапаны под камерой сгорания. Отличительной особенностью насоса Humphrey по сравнению с другими является то, что вода должна течь только через этот единственный набор клапанов: здесь нет обратных выпускных клапанов, используется только инерция подаваемой воды внутри выпускной трубы. контролировать его поток. Поскольку нагнетательные клапаны не открываются и не закрываются внезапно, расход воды меняется плавно, что позволяет избежать гидравлического удара и обычных проблем для этого типа насоса. ^{[ 1 ]}

Горючий газ, смешанный с воздухом, подается в камеру сгорания и затем поджигается электрической искрой. Сила расширяющегося газа выталкивает воду вниз из камеры сгорания и ускоряет ее по нагнетательной трубе. Как только давление в камере падает до давления воды на входе, подаваемая вода больше не ускоряется, но большая масса воды в длинной трубе продолжает течь по собственной инерции. Это снижает давление в камере ниже атмосферного, что приводит к открытию впускных воздушных и газовых клапанов, втягивая свежий воздух в качестве продувочного эффекта. Когда вода начинает течь обратно вниз по U, давление в камере увеличивается и выпускные клапаны открываются. ^{[ 1 ]}

Четырехтактные и двухтактные циклы

Х.А. Хамфри запатентовал как четырехтактную , так и двухтактную версии своего двигателя. ^{[ 5 ]} Четырехтактная конструкция требовала механической блокировки впускных клапанов, чтобы выпускной и продувочный клапаны открывались один раз в течение цикла, чтобы обеспечить продувку выхлопных газов, но не во время последующего цикла сжатия. Двухтактный цикл также был возможен, если можно было обеспечить адекватную продувку. Воздух, попавший в камеру сгорания насоса Хамфри, выполняет две функции: как для сгорания, так и в качестве воздушной пружины для поддержания колеблющегося столба воды. Поскольку в этом пружинном действии задействован большой объем воздуха по сравнению с минимальным количеством воздуха, необходимого для сгорания, воздух легко охлаждается до температуры ниже температуры воспламенения, чтобы предварительно воспламенить следующий заряд. все равно будет Однако риск неэффективного четырехтактного двигателя , если только продувка не будет достаточно эффективной, чтобы вымести предыдущие выхлопные газы. Это было сделано за счет использования высокой и тонкой камеры сгорания, так что воздух для горения оставался примерно изолированным от большей части воздуха в камере и поэтому сначала удалялся через выпускные клапаны. Отдельного клапана продувки воздуха не было. ^{[ 2 ]}

Несколько компаний провели большой объем экспериментальных работ над двухтактной версией двигателя Хамфри в надежде повысить эффективность и удельную мощность этого типа. Однако на практике было невозможно предотвратить смешивание поступающего газа с продуктами предыдущего цикла сгорания, что приводило к потере газа через выпускные клапаны. ^{[ 2 ]}

Единственным двухтактным насосом Humphrey, поступившим на вооружение, был единственный экземпляр, разработанный AP Steckel и установленный на верфи Sun в Пенсильвании в 1925 году. Все остальные коммерческие установки были четырехтактными. ^{[ 5 ]}

Ограничения и преимущества

Основным ограничением насоса Хамфри является то, что он не имеет всасывающей способности, фактически его необходимо устанавливать в сухом отстойнике на несколько метров ниже уровня подачи. Учитывая физические размеры насоса и необходимость защиты оборудования от наводнений, это немалая инженерная задача, требующая (в примере с Кобдоглой) нескольких тысяч тонн бетона. ^{[ 6 ]}

Однако его преимущества заключаются в том, что он не имеет движущихся частей, за исключением десятков подпружиненных впускных клапанов, отличается низкими эксплуатационными расходами и высокой надежностью. ^{[ 6 ]} Эффективность насоса Хамфри также была хорошей по стандартам того времени. Демонстрационный насос, представленный на выставке в Брюсселе, был испытан профессором У.К. Анвином в 1909 году. ^{[ 5 ]} и было обнаружено, что ему требуется примерно на 33% меньше топливного газа, чем было бы потреблено, если бы использовались современные газовые двигатели и приводные насосы, перемещающие такое же количество воды на ту же высоту. ^{[ 2 ]}

Установленные насосы

Известно, что в период с 1912 по 1925 год десять насосов Хамфри были построены для коммерческого использования: ^{[ 5 ]}

На водохранилище короля Георга V недалеко от Чингфорда в восточном Лондоне было установлено четыре насоса Хамфри, когда насосная станция была впервые построена в 1912 году. ^{[ 7 ]}^{[ 8 ]}^{[ 9 ]} Каждый насос был способен перекачивать 40 000 000 галлонов воды в день. Пятый насос меньшего размера был добавлен позже. ^{[ 2 ]} Насосы были изготовлены компанией Siemens на своем заводе в Стаффорде, Англия. ^{[ 5 ]}

Одиночный насос диаметром 66 дюймов был установлен в Дель-Рио , штат Техас, в 1914 году. ^{[ 10 ]} Он был построен компанией Humphrey Gas Pump Co. из Сиракуз, штат Нью-Йорк, которая лицензировала патенты Хамфри. ^{[ 5 ]}

Единственный насос Хамфри был установлен на канализационном заводе в Саутенд-он-Си , Англия, в 1914 году. Насос имел напор 65 футов и производительность 198 000 галлонов в день. Начались строительные работы по строительству второго насоса, но были отменены в 1915 году. ^{[ 5 ]}

Два насоса, каждый мощностью 1 500 000 британских галлонов (6,8 мл) в час. ^{[ 6 ]} (36 000 000 британских галлонов (160 мл) в день) были установлены в Кобдогле , на реке Мюррей в Австралии, с 1923 года. Они были построены компанией William Beardmore and Company в Глазго и отправлены в Австралию для сборки. ^{[ 11 ]}^{[ 12 ]}

Насос Humphrey с диаметром цилиндра 36 дюймов был установлен в Честере, штат Пенсильвания, в 1927 году компанией Sun Shipbuilding and Dry Dock Company. Насос использовался в сухих доках , а также в экспериментальных целях. Он был спроектирован как 2-тактный двигатель для работы в диапазон напора от 20 до 150 футов (от 6 до 46 м). Двигатель устанавливался диаметром 18 футов 6 (5,6 м) и 50 футов. Стальной кессон глубиной (15,25 м), примерно в 40 футах ниже реки Делавэр. Воздух подавался в двигатель на этой глубине через компрессор. В 1925 году насос проходил ресурсные испытания по 8 часов в день, а затем перешел на 24 часа в день. вода на высоте 150 футов в течение нескольких недель в 1928 году. ^{[ 5 ]}

Предлагаемые установки

В 1914 году также рассматривалась возможность строительства очень крупной дренажной и ирригационной установки для Египта. ^{[ 13 ]} Строительство было прервано из-за начала Первой мировой войны . Первоначально предполагалось использовать восемнадцать насосов, каждый из которых подавал бы 100 000 000 галлонов в день на высоту 20 футов. ^{[ 1 ]}^{[ 14 ]} Каждая насосная камера должна была иметь диаметр 8 футов 8 дюймов и высоту 14 футов. В окончательном строительстве было использовано десять насосов: пять от Beardmore's и пять от итальянского подразделения Brown Boveri . ^{[ 13 ]}

Сохранившиеся примеры

Насосы Чингфорда были заменены электрическими насосами в 1960-х годах, хотя три насоса остались на месте. ^{[ 16 ]}

Насосы Кобдоглы работали с 1927 по 1965 год. В 1985 году один из них был восстановлен как рабочий образец и был удостоен награды IMechE Engineering Heritage Award . ^{[ 17 ]}

Строительство рабочей модели насоса Хамфри было завершено в 2008 году, и модель демонстрировалась на различных днях открытых дверей в музеях Великобритании. ^{[ 16 ]}

Галерея

Секция впускного клапана,
Кобдогла
Внутренняя часть клапана,
Кобдогла

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Вимперис, Гарри Эгертон (1915). «Газовый двигатель». Двигатель внутреннего сгорания (2-е изд.). Нью-Йорк: Д. Ван Ностранда Компания . стр. 113–117.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Маклафлан, Джеймс Айви (1931). «Насос Хамфри и установка двух шестидесятишестидюймовых агрегатов в Кобдогла, река Мюррей» (PDF) . Пер. Инст. Инженеры Австралии . XII : 413–426.
^ Хамфри, Герберт А. (19 ноября 1909 г.). «Насос внутреннего сгорания и другие применения нового директора». Учеб. Инст. Мех. англ. 77 : 1075–1200. дои : 10.1243/PIME_PROC_1909_077_019_02 .
^ «Насос Хамфри на Брюссельской выставке» . Инженерное дело . 22 июля 1910 года. Архивировано из оригинала 12 октября 2018 года . Проверено 12 апреля 2021 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я Смит, Деннис (10 февраля 1971 г.). «Насос Хамфри и его изобретатель». Труды Общества Ньюкомена . Лондон, Великобритания: Музей науки.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Мак, Дэвид (2003). Ирригационное поселение: некоторые исторические аспекты в Южной Австралии на реке Мюррей, 1838–1978 гг . Кобдогла, Южная Австралия 5346: Музей ирригации и пара Кобдогла. п. 252. {{cite book}}: CS1 maint: местоположение ( ссылка )
^ «Новое водохранилище в Чингфорде, № I». Инженер . 14 марта 1913 г.
^ «Новое водохранилище в Чингфорде, № II». Инженер . 21 марта 1913 года.
^ «Новое водохранилище в Чингфорде, № III». Инженер . 28 марта 1913 г.
^ «Взрывной насос прямого действия Хамфри для ирригационной службы в Дель-Рио, штат Техас» . Инженерные новости . 72 (16). 15 октября 1914 года. Архивировано из оригинала 14 октября 2016 года . Проверено 12 апреля 2021 г.
^ Вода Южной Австралии (1913 г.). Кобдогла Хамфри Пампс (фотография). Фликр .
^ «Большие работы в Кобдогле: подготовка к установке гигантского насоса Хамфри» . Мюррей Пионер и Австралийский Ривер Рекорд . Ренмарк, ЮАР : Национальная библиотека Австралии . 21 декабря 1923 г. с. 5 . Проверено 12 апреля 2021 г.
^ Jump up to: ^а ^б «Крупнейшая насосная установка в мире: большая насосная станция с двигателем Хамфри для осушения земель в Египте» . Инженерные новости . 72 (2). 9 июля 1914 года. Архивировано из оригинала 15 октября 2016 года . Проверено 12 апреля 2021 г.
^ «Насосная установка внутреннего сгорания». Техника внутреннего сгорания . 24 июня 1914 г.
^ Кеннеди, Рэнкин (1912). Книга современных двигателей и генераторов . Том. В. Кэкстон. стр. 15–16.
^ Jump up to: ^а ^б Уэллс, Дон (сентябрь 2012 г.). «Модель насоса Хамфри» . Архивировано из оригинала 23 марта 2018 года . Проверено 12 апреля 2021 г.
^ «Насос Хамфри» . Энергия 21 . Архивировано из оригинала 12 января 2020 года . Проверено 12 апреля 2021 г.

Внешние ссылки

Музей ирригации и пара Кобдогла, Южная Австралия
Вода Южной Австралии . Насосы Cobdogla Humphrey . Фликр . Проверено 12 апреля 2021 г.

Дальнейшее чтение

П.Д.Данн, Н.Г.Джойс, Д.Дж.Фулфорд, «Насос Хамфри», отчет Министерству зарубежного развития, факультет инженерии и кибернетики, Университет Рединга. Январь 1977 года.
Смит, Денис (1970). «Насос Хамфри и его изобретатель» . Труды Общества Ньюкомена . 43 (1). Тейлор и Фрэнсис: 67–92. дои : 10.1179/tns.1970.006 . Проверено 12 апреля 2021 г.
Венера, Ричард (январь 2016 г.). «Краткая история HA Humphrey & the Humphrey Pumps» (PDF) . Инженерное наследие Австралии . 2 (1): 18–21 . Проверено 12 апреля 2021 г.

[Wimperis-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Вимперис, Гарри Эгертон (1915). «Газовый двигатель». Двигатель внутреннего сгорания (2-е изд.). Нью-Йорк: Д. Ван Ностранда Компания . стр. 113–117.

[McLaughlan-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Маклафлан, Джеймс Айви (1931). «Насос Хамфри и установка двух шестидесятишестидюймовых агрегатов в Кобдогла, река Мюррей» (PDF) . Пер. Инст. Инженеры Австралии . XII : 413–426.

[3] Хамфри, Герберт А. (19 ноября 1909 г.). «Насос внутреннего сгорания и другие применения нового директора». Учеб. Инст. Мех. англ. 77 : 1075–1200. дои : 10.1243/PIME_PROC_1909_077_019_02 .

[4] «Насос Хамфри на Брюссельской выставке» . Инженерное дело . 22 июля 1910 года. Архивировано из оригинала 12 октября 2018 года . Проверено 12 апреля 2021 г.

[Smith-5] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я Смит, Деннис (10 февраля 1971 г.). «Насос Хамфри и его изобретатель». Труды Общества Ньюкомена . Лондон, Великобритания: Музей науки.

[Mack-6] Jump up to: ^а ^б ^с Мак, Дэвид (2003). Ирригационное поселение: некоторые исторические аспекты в Южной Австралии на реке Мюррей, 1838–1978 гг . Кобдогла, Южная Австралия 5346: Музей ирригации и пара Кобдогла. п. 252. {{cite book}}: CS1 maint: местоположение ( ссылка )

[7] «Новое водохранилище в Чингфорде, № I». Инженер . 14 марта 1913 г.

[8] «Новое водохранилище в Чингфорде, № II». Инженер . 21 марта 1913 года.

[9] «Новое водохранилище в Чингфорде, № III». Инженер . 28 марта 1913 г.

[10] «Взрывной насос прямого действия Хамфри для ирригационной службы в Дель-Рио, штат Техас» . Инженерные новости . 72 (16). 15 октября 1914 года. Архивировано из оригинала 14 октября 2016 года . Проверено 12 апреля 2021 г.

[11] Вода Южной Австралии (1913 г.). Кобдогла Хамфри Пампс (фотография). Фликр .

[12] «Большие работы в Кобдогле: подготовка к установке гигантского насоса Хамфри» . Мюррей Пионер и Австралийский Ривер Рекорд . Ренмарк, ЮАР : Национальная библиотека Австралии . 21 декабря 1923 г. с. 5 . Проверено 12 апреля 2021 г.

[EN,_Egypt-13] Jump up to: ^а ^б «Крупнейшая насосная установка в мире: большая насосная станция с двигателем Хамфри для осушения земель в Египте» . Инженерные новости . 72 (2). 9 июля 1914 года. Архивировано из оригинала 15 октября 2016 года . Проверено 12 апреля 2021 г.

[14] «Насосная установка внутреннего сгорания». Техника внутреннего сгорания . 24 июня 1914 г.

[15] Кеннеди, Рэнкин (1912). Книга современных двигателей и генераторов . Том. В. Кэкстон. стр. 15–16.

[Humphrey_Pump-16] Jump up to: ^а ^б Уэллс, Дон (сентябрь 2012 г.). «Модель насоса Хамфри» . Архивировано из оригинала 23 марта 2018 года . Проверено 12 апреля 2021 г.

[17] «Насос Хамфри» . Энергия 21 . Архивировано из оригинала 12 января 2020 года . Проверено 12 апреля 2021 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]