Составной двигатель

Составной двигатель — это двигатель , который имеет более одной ступени для рекуперации энергии из одного и того же рабочего тела , при этом выхлопы первой ступени проходят через вторую ступень, а в некоторых случаях затем на другую последующую ступень или даже ступени. Первоначально изобретенная как средство повышения эффективности паровых двигателей , компаундирование двигателей с использованием нескольких ступеней также использовалось в двигателях внутреннего сгорания и продолжает занимать там нишу на рынке.

Ступени составного двигателя могут иметь как разные, так и схожие технологии, например:

В турбокомпаундном двигателе выхлопные газы из цилиндров проходят через турбину, причем две ступени различны.
В составном паровозе пар проходит из цилиндра или цилиндров высокого давления в цилиндр или цилиндры низкого давления, причем обе ступени аналогичны.
В паровой машине тройного расширения пар проходит через три последовательных цилиндра увеличивающегося размера и уменьшающегося давления. Такие двигатели были наиболее распространенными судовыми двигателями в золотой век пара.

Эти примеры и составные турбины являются основным, но не единственным применением компаундирования в двигателях, см. ниже.

Терминология

Составной двигатель использует несколько ступеней для получения мощности.

Не все двигатели, в которых используются несколько ступеней, называются составными двигателями . В частности, если двигатель использует более позднюю ступень исключительно для извлечения энергии из выхлопных газов для какой-либо другой цели, в частности для турбонаддува , он не называется составным двигателем . Точно так же предлагаемые двигатели, в которых используется двигатель со свободным поршнем, для привода турбины не будут называться составными двигателями , поскольку только вторая ступень производит выходную мощность.

Однако, если турбокомпозитный двигатель также подвергается наддуву за счет подачи части мощности на валу обратно в нагнетатель, как в некоторых авиационных двигателях, он все равно остается составным двигателем. Использование терминов с наддувом и турбонаддувом со временем менялось, например, производители составного двигателя Wright R-3350 Duplex-Cyclone в то время описывали его как турбонаддув . Однако это составной двигатель, и аналогичный двигатель, выпускаемый сегодня, можно назвать скорее турбонаддувом, чем турбонаддувом .

Термин «компаундинг» немного менее ограничительный, чем термин «компаундный двигатель» . Большие составные турбины представляют собой применение компаундирования, как и несколько рядов лопаток, используемых во многих газовых турбинах , но ни один из них обычно не называется составным двигателем. Несколько наборов лопаток в одной турбине, возможно, лучше рассматривать как аналогичные по принципу прямоточному паровому двигателю, чем как компаундирование. В отличие от прямоточного парового двигателя, который нашел лишь нишевое применение, многорядные турбины нашли огромное практическое применение.

Двигатель, в котором не используется компаундирование, называется простым двигателем , особенно в случае паровоза , или, точнее, простым двигателем расширения , особенно в случае судового парового двигателя .

Однако обратите внимание, что в случае любого парового двигателя под простым двигателем также можно понимать двигатель, в котором не используется конденсатор для создания отрицательного давления и, таким образом, повышения эффективности. Использование для этой цели отдельных конденсаторов — одна из ключевых особенностей, отличающая паровую машину Уатта 1765 года от паровой машины Ньюкомена 1712 года.

В случае паровоза не возникает никакой двусмысленности, поскольку в конденсационном паровозе конденсатор не предназначен для повышения эффективности и может даже снижать эффективность в целях экономии воды и сокращения выбросов. Так, например, класс А столичной железной дороги во всех смыслах является простым локомотивом, несмотря на его конденсаторы, а термин «простой двигатель», применяемый к паровозам, на практике всегда означает двигатель, в котором не используется компаундирование, опять же независимо от использования конденсаторов. Термины «простой расширительный локомотив» и «простой расширительный двигатель» иногда применяются к локомотивам, чтобы избежать возможной путаницы.

История

Пар

Самыми старыми примерами составных двигателей являются составные паровые машины . В 1805 году Артур Вульф запатентовал составной двигатель высокого давления Вульфа , в котором использовался этот принцип.

Компаундирование особенно использовалось на стационарных паровых машинах , судовых паровых машинах и на некоторых паровозах, начиная с 1850-х годов, в основном в континентальной Европе. ^{[ 1 ]}

Трехступенчатые или поршневые паровые машины тройного расширения с тремя рядными цилиндрами увеличивающегося диаметра были весьма популярны для движения пароходов . «Доктор» Александр Карнеги Кирк экспериментально установил свой первый двигатель тройного расширения на корабль под названием «Пропонтис» в 1874 году. В 1881 году Кирк установил усовершенствованную версию своего двигателя на пароходе « Абердин» в Клайдсайде , Шотландия . ^{[ 2 ]} Этот корабль доказал преимущества мощности и экономичности нового двигателя в коммерческих перевозках между Соединенным Королевством и Дальним Востоком . ^{[ 3 ]} Первым военным кораблем, оснащенным таким образом, стал испанский военный корабль «Деструктор» , также построенный на острове Клайдсайд, а первый двигатель этого типа, использованный на кораблях Королевского флота, был спроектирован Дж. У. Ридом, который также создал водотрубный котел Рида . ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]} Вскоре последовали другие военно-морские силы и коммерческие судовладельцы. Также использовались четырехступенчатые или четырехступенчатые двигатели расширения.

изначально построенные как составные, были преобразованы в простые, чтобы получить мощность за счет эффективности, например, большая часть класса NZR X. Несколько классов паровозов существовали как в простой, так и в составной форме, чаще всего, когда локомотивы , Другие преобразования включали изменение конструкции деталей компаундирования, например, многие составные локомотивы, разработанные Альфредом де Гленом и современные на тот момент, были модифицированы Андре Шапелоном для использования его более поздней схемы.

Внутреннее сгорание

Некоторые составные двигатели внутреннего сгорания были запатентованы, но они не имели большого коммерческого успеха. в этих двигателях используется трехцилиндровая схема с попеременным выхлопом из цилиндров высокого давления в центральный цилиндр низкого давления.

Примеры: Дойц 1879, Форест-Галлис 1888, Коннелли 1888, Дизель 1897, Бэйлс 1897, Бэблед 1903, Батлер 1904, Эйзенхут 1904–7, Эббот 1910. ^{[ 6 ]} Концепция была «изобретена заново» и запатентована как пятитактный двигатель в 2000 году Герхардом Шмитцем, над которым экспериментировал Илмор.

Турбокомпаундирование применяется в двигателях внутреннего сгорания . Турбокомпаундные двигатели широко использовались в качестве авиационных двигателей сразу после Второй мировой войны . ^{[ 7 ]}^{[ 8 ]}

Дизельные турбокомпаундные двигатели по-прежнему используются в грузовых автомобилях и сельскохозяйственной технике. ^{[ 9 ]}

Примеры

Турбированные двигатели
- Двигатели для грузовых автомобилей и техники
- Авиационные двигатели
  - Напье Номад
  - Wright R-3350 Duplex-Cyclone , который производился как в простой, так и в составной версиях и который в составной конфигурации использовался на многих самолетах после Второй мировой войны, включая Lockheed Constellation. ^{[ 7 ]}^{[ 8 ]}
  - Dobrynin VD-4K aircraft engine
Сложные паровые машины
- Составные локомотивы (см. Также Категорию: Составные локомотивы )
  - LMS Соединение 4-4-0
  - НЗР А класса (1906 г.)
  - LMS 6399 Ярость
  - Вюртемберг ЦСД
  - Баварский С 3/6
  - Некоторые локомотивы Mallet , особенно оригинальные конструкции.
  - Горная железная дорога Нилгири X класса
- Компрессорный воздушный компрессор с паровым приводом, например, Westinghouse 8 1/2" 150-D, ^{[ 10 ]} используется на многих крупных американских локомотивах
- Многие тяговые двигатели
- Большинство поршневых морских паровых двигателей
  - (1912 г.), были установлены две паровые машины тройного расширения На каждом из трех олимпийского океанских лайнеров класса , включая RMS Titanic , приводившие в движение гребные винты крыльев. Эти двигатели были типичными для той эпохи. В олимпийском классе дальнейшее смешивание было достигнуто за счет использования выхлопного пара этих двигателей для привода паровой турбины низкого давления, приводящей в движение центральный винт меньшего размера. Эта схема была впервые предложена С. С. Лаурентиком (1908 г.) .

Сложные паровые машины

Схема парового двигателя четырехкратного расширения в разрезе, показывающая четыре цилиндра двойного действия увеличивающегося размера.
Схема, показывающая работу судового двигателя тройного расширения.
Схема морской паровой машины тройного расширения в разрезе, около 1918 года.
Составной тяговый двигатель с одним цилиндром высокого давления и большим цилиндром низкого давления, расположенными рядом над котлом. Это была обычная конфигурация.

Rolls Royce R6 Составной двигатель Ванкеля ^{[ 11 ]}

См. также

Теория

Изобретатели и дизайнеры

Подобная технология

Ссылки

^ Эволюция составных локомотивов http://mikes.railhistory.railfan.net/r043.html получено 7 декабря 2012 г.
^ Дэй, Лэнс и МакНил, Ян (редакторы) 2013, Биографический словарь истории технологий Routledge, ISBN 0-203-02829-5 (стр. 694)
^ «Друзья городского архива Данди — морская инженерия 1814–1984 гг. , Дэвид Миддлтон» . Архивировано из оригинала 9 декабря 2017 г. Проверено 8 августа 2013 г.
^ Макси, Кеннет Технологии на войне , ISBN 0-85368-825-7 стр. 38
^ Анон. (18 марта 1932 г.). «Покойный мистер Дж. В. Рид» (PDF) . Инженер : 303. OCLC 5743177 . Архивировано (PDF) из оригинала 15 февраля 2017 года . Проверено 15 февраля 2017 г. .
^ «Смешанные двигатели внутреннего сгорания» .
^ Jump up to: ^а ^б http://www.enginehistory.org/Wright/Kuhns/CurtissWrightTC18/TurboCompounds.shtml. Архивировано 8 ноября 2016 г. на Wayback Machine, получено 9 декабря 2012 г.
^ Jump up to: ^а ^б http://www.superconstellation.org/TechnicalInformation/motor/motor-en.html. Архивировано 20 октября 2018 г. на Wayback Machine, получено 9 декабря 2012 г.
^ http://www.demanddetroit.com/pdf/engines/2007-dd15-brochure.pdf ^{[ постоянная мертвая ссылка ]} получено 7 декабря 2012 г. «Пятьдесят бесплатных лошадиных сил» Брошюра для клиентов
^ Локомотивная энциклопедия американской практики 1941 года, одиннадцатое издание, издательство Simmons-Boardman Publishing Corporation, Черч-стрит, 30, Нью-Йорк, стр.813
^ http://www.der-wankelmotor.de/Motoren/Rolls-Royce/rolls-royce.html (на немецком языке ), получено 7 декабря 2012 г.

[1] Эволюция составных локомотивов http://mikes.railhistory.railfan.net/r043.html получено 7 декабря 2012 г.

[2] Дэй, Лэнс и МакНил, Ян (редакторы) 2013, Биографический словарь истории технологий Routledge, ISBN 0-203-02829-5 (стр. 694)

[3] «Друзья городского архива Данди — морская инженерия 1814–1984 гг. , Дэвид Миддлтон» . Архивировано из оригинала 9 декабря 2017 г. Проверено 8 августа 2013 г.

[4] Макси, Кеннет Технологии на войне , ISBN 0-85368-825-7 стр. 38

[5] Анон. (18 марта 1932 г.). «Покойный мистер Дж. В. Рид» (PDF) . Инженер : 303. OCLC 5743177 . Архивировано (PDF) из оригинала 15 февраля 2017 года . Проверено 15 февраля 2017 г. .

[6] «Смешанные двигатели внутреннего сгорания» .

[kuhns-7] Jump up to: ^а ^б http://www.enginehistory.org/Wright/Kuhns/CurtissWrightTC18/TurboCompounds.shtml. Архивировано 8 ноября 2016 г. на Wayback Machine, получено 9 декабря 2012 г.

[connie-8] Jump up to: ^а ^б http://www.superconstellation.org/TechnicalInformation/motor/motor-en.html. Архивировано 20 октября 2018 г. на Wayback Machine, получено 9 декабря 2012 г.

[DD-9] ttp://www.demanddetroit.com/pdf/engines/2007-dd15-brochure.pdf ^{[ постоянная мертвая ссылка ]} получено 7 декабря 2012 г. «Пятьдесят бесплатных лошадиных сил» Брошюра для клиентов

[10] Локомотивная энциклопедия американской практики 1941 года, одиннадцатое издание, издательство Simmons-Boardman Publishing Corporation, Черч-стрит, 30, Нью-Йорк, стр.813

[11] ttp://www.der-wankelmotor.de/Motoren/Rolls-Royce/rolls-royce.html (на немецком языке ), получено 7 декабря 2012 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]