Напье Делтик

Анимированная схема двигателя Deltic

Порядок работы цилиндров 18-цилиндрового дизельного двигателя Napier Deltic: сетка представляет собой треугольное расположение цилиндров (ряды A, B, C) и ряды с 1 по 6.

Двигатель Napier Deltic — это британский оппозитным поршнем бесклапанный и наддувом с , двухтактный дизельный двигатель используемый в морских и локомотивах , разработанный и произведенный D. Napier & Son . Необычно то, что цилиндры располагались в виде трехрядного треугольника с коленчатым валом в каждом углу треугольника.

Термин Deltic (означающий «в форме греческой буквы (заглавной) дельта ») используется для обозначения как оппозитного высокоскоростного дизельного двигателя Deltic E.130, так и локомотивов, производимых компанией English Electric с использованием этих двигателей. включая локомотив-демонстратор под названием DELTIC и серийную версию для British Railways , которая обозначила их как Class 55 .

Одиночный двигатель Deltic половинного размера с турбонаддувом также использовался в локомотиве Type 2, построенном компанией English Electric, получившем обозначение Class 23 . И локомотив, и паровоз стали более известны как «Baby Deltic».

История и дизайн

История Deltic началась в 1943 году, когда Британское Адмиралтейство создало комитет по разработке мощного и легкого дизельного двигателя для моторных торпедных катеров . До сих пор в Королевском флоте такие лодки приводились в движение бензиновыми двигателями , но легковоспламеняющееся топливо делало их уязвимыми для пожара, в отличие от электролодок с дизельным двигателем . Патент на двигатель аналогичной сложности, но с четырьмя рядами поршней, а не только с тремя, был подан в 1930 году Вифредо Рикартом , связанным с Alfa Romeo , и испанским производителем грузовиков INI Pegaso , Pat ES0118013.

До этого времени дизельные двигатели имели плохую удельную мощность и низкую скорость. До войны Нэпьер работал над конструкцией авиационного дизеля, известной как Culverin, после лицензирования версии Junkers Jumo 204 . Culverin представлял собой двухтактную конструкцию с оппозитными поршнями. Вместо того, чтобы каждый цилиндр имел один поршень и был закрыт с одного конца головкой блока цилиндров , в конструкции на основе Jumo использовался удлиненный цилиндр, содержащий два поршня, движущихся в противоположных направлениях к центру. Это устраняет необходимость в тяжелой головке блока цилиндров , поскольку эту роль выполнял противоположный поршень. С другой стороны, компоновка требовала отдельных коленчатых валов на каждом конце двигателя, которые должны были быть соединены посредством зубчатой ​​передачи или валов. Основными преимуществами конструкции были прямоточное дыхание и достаточно «плоский» двигатель.

Адмиралтейству требовался гораздо более мощный двигатель, и оно знало о проектах Юнкерса многоколенчатых двигателей рядной шестерки и ромбовидной формы. Адмиралтейство посчитало, что это будет разумной отправной точкой для более крупного проекта, который ему нужен. В результате получился треугольник, в котором ряды цилиндров образуют стороны, а коленчатые валы в каждом углу соединены фазирующими шестернями с одним выходным валом - фактически три отдельных двигателя V-12. Deltic мог производиться с разным количеством цилиндров; Наиболее распространенными были 9 и 18, имеющие по три или шесть цилиндров на ряд соответственно. В 1946 году Адмиралтейство заключило контракт с English Electric Company, материнской компанией Napier, на разработку этого двигателя.

Одной из особенностей двигателя было то, как была организована фазировка коленчатого вала, позволяющая обеспечить опережение выпускного и запаздывание впускного каналов. Эти двигатели называются « однопоточными », потому что поток газа в цилиндр и из него осуществляется в одном направлении, чему способствуют нагнетатели, улучшающие продувку выхлопных газов из цилиндра . Порядок впускных/выпускных портов следующий: вход/выход/вход/выход/вход/выход по треугольному кольцу (т. е. расположение впускного и выпускного коллекторов имеет C ₃ вращательную симметрию ).

Более ранние попытки спроектировать такой двигатель столкнулись с трудностью обеспечить правильное движение поршней для всех трех цилиндров в одном треугольнике, и это была проблема, которая заставила Junkers Motorenbau оставить работу над дельта-образным двигателем, продолжая создать прототип ромбовидного четырехколенчатого 24-цилиндрового двигателя Junkers Jumo 223 . Герберт Пенварден, старший чертежник Инженерной лаборатории Адмиралтейства, предположил, что один коленчатый вал должен вращаться против часовой стрелки, чтобы добиться правильной фазы поршня, поэтому конструкторы Napier изготовили необходимую передачу, чтобы один из них вращался в направлении, противоположном двум другим.

Будучи конструкцией с оппозитным расположением поршней, без впускных и выпускных клапанов и без возможности изменять положения портов, конструкция Deltic предусматривала соединение каждого коленчатого вала с двумя соседними поршнями, работающими в разных цилиндрах в одной плоскости, с использованием шатунов типа «вилка и лезвие». , последний - это «впускной» поршень, используемый для открытия и закрытия впускного отверстия, а первый - «выпускной» поршень в соседнем цилиндре для открытия и закрытия выпускного отверстия. Это привело бы к тому, что воспламенение в каждом ряду цилиндров происходило бы на расстоянии 60° друг от друга, но было принято решение, при котором выпускной поршень каждого цилиндра опережал впускной поршень на 20° поворота коленчатого вала. Это позволило открыть выпускное отверстие задолго до впускного отверстия и закрыть впускное отверстие после выпускного отверстия, что привело как к хорошей очистке выхлопных газов, так и к хорошей объемной эффективности для заряда свежего воздуха. Для этого требовалось, чтобы события зажигания соседних цилиндров находились на расстоянии 40 ° друг от друга. В конструкции с 18 цилиндрами события зажигания могли чередоваться по всем шести блокам. Это привело к равномерному, жужжащему звуку выхлопа Deltic с воспламенением заряда каждые 20° оборота коленчатого вала и отсутствию крутильная вибрация , идеально подходит для использования на минно-охотничьих судах. В 9-цилиндровой конструкции с тремя рядами цилиндров коленчатые валы вращаются в противоположном направлении. Угол выхлопа 20° добавляется к углу 60° между рядами, что дает возможность воспламенения соседних цилиндров одного и того же ряда на расстоянии 80° друг от друга. Переплетение воспламенений во всех трех рядах цилиндров по-прежнему приводит к равномерному гудению выхлопа, а воспламенение заряда происходит каждые 40° оборота коленчатого вала с последующим снижением крутильных вибраций.

Хотя двигатель имел несколько цилиндров и не требовал тарельчатых клапанов , каждый блок имел распределительный вал , приводимый в движение со скоростью коленчатого вала. Он использовался исключительно для привода топливных насосов высокого давления, причем каждый цилиндр имел свою собственную форсунку и насос, приводимые в движение собственным кулачком кулачка.

Использование

Военно-морская служба

с двигателем Deltic Корабль противоминной защиты класса Hunt HMS Ledbury

Разработка началась в 1947 году, и первой моделью Deltic была D18-11B, выпущенная в 1950 году. Она была рассчитана на мощность 2500 л.с. (1900 кВт ) при 2000 об/мин в течение 15 минут; продолжительная мощность составляет 1875 л.с. (1398 кВт) при 1700 об/мин, исходя из срока службы после капитального ремонта или замены в 10 000 часов. К январю 1952 года было доступно шесть двигателей, чего хватило для полной разработки и ресурсных испытаний. Захваченный немецкий катер S212. был выбран, поскольку на нем стояли дизели Mercedes-Benz примерно той же мощности, что и 18- цилиндровый Deltics. Когда были заменены два из трех двигателей Mercedes-Benz , компактность двигателей Napier была графически проиллюстрирована: они были вдвое меньше оригинальных двигателей и примерно на одну пятую легче.

Доказав свой успех, двигатели Deltic Diesel стали широко распространенной силовой установкой на небольших и быстрых военно-морских судах. Королевский флот впервые использовал их на быстроходных ударных кораблях класса «Темный» . Впоследствии они использовались в ряде других более мелких боевых кораблей. Поскольку они в основном имели алюминиевую конструкцию, их низкая магнитная сигнатура позволила использовать их на кораблях противоминной защиты , и «Дельтик» был выбран для питания класса «Тон» тральщиков . Двигатель Deltic до сих пор используется в некоторых самолетах класса Hunt . Эти версии имеют пониженные характеристики, чтобы снизить нагрузку на двигатель.

Дизели Deltic использовались в МТБ и катерах ПТ, построенных для других военно-морских сил. Особенно примечателен был норвежский Tjeld или Nasty класс , который также был продан Германии, Греции и ВМС США . Лодки класса Nasty служили во время войны во Вьетнаме , в основном для секретных операций.

Девятицилиндровые двигатели Deltic 9 меньшего размера использовались в качестве судовых двигателей, особенно на тральщиках. Корабли класса «Тон» приводились в движение парой двигателей «Дельтик-18» и использовали дополнительный «Дельтик-9» для выработки электроэнергии для развертки магнитного воздействия . В классе «Хант» использовались три двигателя Deltic 9: два для силовой установки и один для выработки электроэнергии, но на этот раз с гидравлическим насосом, встроенным в носовые подруливающие устройства для маневрирования на малой скорости. до тех пор, пока программа модернизации BAE Systems , проходившая с 2010 по 2018 год, не заменила Deltic двигателями Caterpillar C32 на восьми оставшихся введенных в эксплуатацию кораблях Королевского флота.

Железнодорожное использование

с двигателем Napier Deltic Британский железнодорожный класс D9017 . Даремская легкая пехота запускает двигатели на лондонском Кингс-Кросс в 1966 году.

Двигатель Napier Deltic в Национальном железнодорожном музее , Йорк

Основные статьи: British Rail Class 55 и British Rail Class 23

Двигатели Deltic использовались в двух типах британских железнодорожных локомотивов: классе 55 постройки 1961–62 годов и классе 23 постройки 1959 года. Эти типы локомотивов были известны как Deltics и Baby Deltics соответственно.

В классе 55 использовались два двигателя D18-25 серии II типа V Deltic: 18-цилиндровые двигатели с механическим обдувом, каждый мощностью 1650 л.с. (1230 кВт) при постоянной частоте вращения 1500 об / мин. В классе 23 использовался один менее мощный девятицилиндровый двигатель T9-29 Deltic с турбонаддувом мощностью 1100 л.с. (820 кВт).

Шесть из первоначальных 22 локомотивов класса 55 сохранились. Лидер класса D9000 Royal Scots Grey был возвращен в работоспособное состояние на основной линии в 1996 году. После отказа силовой установки на этот локомотив какое-то время устанавливался бывший тип T18-37K Королевского военно-морского флота Норвегии , после того как были тщательно спроектированы различные модификации, чтобы сделать новый блок совместим.

Использование пожарной охраны

Пожарная служба Нью -Йорка использовала двигатель Napier Deltic для питания своей единственной в своем роде «Системы Super Pumper». Это был прицепной пожарный насос очень большого объема с отдельным тендером.

Надежность в обслуживании

Несмотря на то, что двигатель Deltic успешно использовался на морских и железнодорожных судах и был очень мощным для своего размера и веса, это был очень чувствительный агрегат, требующий тщательного обслуживания. Это привело к политике замены агрегатов, а не ремонта на месте. Двигатели Deltic легко снимались после поломки и обычно отправлялись обратно производителю для ремонта, хотя после истечения срока первоначальных контрактов и Королевский флот, и Британские железные дороги открыли свои собственные мастерские для капитального ремонта.

Турбо-компаунд Дельтик

вариант "E.185" или "Compound Deltic". турбокомпаундный Планировался и единственный прототип был построен в 1956 году. и испытан в 1957 году. Это позволило использовать опыт Napier как с « Nomad », так и с его растущим участием в газовых турбинах . Он использовал Deltic в качестве газогенератора внутри газовой турбины с двенадцатиступенчатым осевым компрессором и трехступенчатой ​​газовой турбиной. В отличие от Nomad, эта турбина не была механически связана с коленчатым валом, а лишь приводила в движение компрессор. Была надежда, что он будет производить 6000 лошадиных сил. с экономией топлива и соотношением мощности и веса . непревзойденным По прогнозам инженеров, тесно связанных с этим, выход из строя шатуна будет пределом этой мощности: выход из строя составит около 5300 л.с. На испытаниях он действительно выдавал 5600 л.с., прежде чем шатун вылетел через картер, как и предполагалось. К 1958 году интерес военно-морского флота к чисто газовой турбине угас, несмотря на более высокий расход топлива, и дальнейшие разработки не велись.

Сопоставимые двигатели

• Юнкерс Юмо 223
• Zvezda M503
• Ахатес Сила
• Дизельный двигатель Fairbanks Morse 38 8-1/8

Ссылки

Дальнейшее чтение

• Бойл, Брайан «Боб» (2000). Путь Нейпира . Издательство «Закладка». ISBN  1-870519-57-4 .
• Весси, Алан, изд. (1997). На базе технологии Napier . Темпус. ISBN  0-7524-0766-Х .
• Уэбб, Брайан (1982). Дельтовые локомотивы британской железной дороги . Дэвид и Чарльз. ISBN  0-7153-8110-5 .
• Чаттертон, Эрнест Эдвард (1956). «Дизельный двигатель Napier Deltic». Технический документ SAE . Серия технических документов SAE. 1 (560038). САЭ Интернешнл . дои : 10.4271/560038 .
• Чемберлин, Р.Х. (1963). «Документ 3: Дизельный двигатель Napier Deltic в магистральных локомотивах». Труды Института инженеров-механиков, Материалы конференции . 178 (311): 53–73. дои : 10.1243/PIME_CONF_1963_178_299_02 .
• «Дизельный двигатель Deltic мощностью 2500 л.с.» (PDF) . Инженер . 195 : 596–7. 24 апреля 1953 года.

Внешние ссылки

• Технические подробности Дельтик
• Класс «Охота» – судно противоминной защиты с дельтовым двигателем
• Deltic Animations – 3-D анимация движения поршня в двигателе Deltic.
• «Энергоблок 406» - реконструкция одного из двигателей D9016 Gordon Highlander после возгорания глушителя в 1999 году.