john_jack (john_jack) wrote,
john_jack
john_jack

Category:

Нашёл полное описание забавной машинки

…Известной в интернетах в основном в виде одной не очень понятной[кому?] схемы. Быстроходная двухцилиндровая паровая машина компаунд Вестингауза, предназначенная в первую очередь для производства электричества, но и вообще. Интересна лаконичной, остроумной, и весьма достойной не повторения, так знакомства конструкцией. Перевод всё из того же Кеннеди.
Screenshot_2019-07-12-04-29-55

The Westinghouse Compound Engine
Как видно на разрезе (Фиг. 37), машина в основном состоит из двух вертикальных цилиндров, крепящихся болтами к верху картера коленвала, служащего для двух целей — жёсткой рамы машины и ёмкости для смазки. Паровая (золотниковая) коробка прикреплена горизонтально сверху цилиндров. Золотник получает движение через Г-образный рычаг от регулятора на одном из конце коленвала. На другой конец вала надевается приводной шкив нужного размера. Картер залит водой(!) до уровня середины шейки шатуна в низу её хода, на воде плавает примерно полудюймовый слой тяжёлого/густого чёрного масла.
Screenshot_2019-07-12-04-27-31
Цилиндры представляют собой две простые трубы, без любых окон или стержневых каналов, отлитые заодно с верхним и нижним фланцами. Простота конструкции почти гарантирует качественную отливку. Дефект, если таковой случится, не может избежать обнаружения, в отличие от более сложных форм, лёгкость формовки столь простой модели же исключает любой соблазн попытаться спасти испорченную отливку заплатками. Оба цилиндра растачиваются одновременно (скорее с одного установа) на специальном станке, задающем идеальную параллельность. После расточки их проверяют на прямизну и круглость тщательными измерениями в разных местах, микрометрическим нутромером с точностью разрешением до тысячной дюйма. Продольный разрез цилиндров показан на Фиг. 38, низкого давления отдельно на Фиг. 39.
Screenshot_2019-07-12-04-27-36
Золотниковая коробка тоже является очень простой отливкой, проходы для пара задаёт гильза из твёрдого железа, запрессованная на место после расточки посадки в коробке. В такой конструкции окна могут быть обработаны на станках в точный размер и положение. Измерения и записи столь совершенны, что если гильза будет случайно испорчена или износится от долгой работы, замена может быть установлена с абсолютной уверенностью что она подойдёт так точно, что её можно будет запрессовать на место всего лишь силой закручивания двухдюймового болта.
На схеме S и E обозначают полости острого (свежего) и мятого (отработанного) пара вокруг втулки, к ним подходят соответственно паровая и выпускная трубы. Изогнутый канал B соединяется через перепускной клапан, управляемый ручным вентилем сзади машины, с полостью свежего пара S. Назначение этого перепускного клапана будет описано в части про парораспределение (спойлер: для запуска).
Спереди паровой коробки находятся два пружинных клапана сброса лишнего давления, по одному для каждого цилиндра, быстро и свободно выпускающих любую воду, что может случайно попасть в цилиндры. Полые стебли клапанов имеют резьбу для удобного присоединения индикатора. (Крупную картинку я пропустил, ничего интересного в этих клапанах нет. На Фиг. 39 они R.)

Золотник парораспределения цилиндрический, с уплотнением из четырёх упругих колец. Он герметичен, и полностью сбалансирован при любом давлении пара.
Поршни хорошо известного тронкового типа, с двойными стенками для уменьшения конденсации. Поршень низкого давления отличается от поршня высокого тем, что имеет два наружных диаметра. Больший диаметр соответствует собственно цилиндру низкого давления. Меньший одинаков с цилиндром высокого давления и ходит по направляющей втулке, вставленной в ЦНД снизу и соосной ему. Целей такого устройства две. Во-первых, если на одном картере работают два поршня разного размера, давление в нём будет пульсировать, что влияет на уровень воды с маслом и выбрасывает смазку в вентиляционный сапун. В такой конструкции изменение объёма у обоих поршней одинаково и объём воздуха в картере остаётся практически постоянным. Во-вторых, кольцевое пространство A под большим диаметром поршня и снаружи от втулки работает амортизатором. Запертый в нём воздух слегка сжимается к низу хода поршня и образует слабый вакуум к верху. Этот процесс, не требующий затрат мощности (пружина же!), противодействует инерции большого поршня в конце его хода, разгружая от них шатун и палец. (Добавлю, что часто делают наоборот, воздушной пружиной нагружают поршень всегда вниз, чтобы шатун всегда был нагружен на сжатие. Посмотрел внимательнее, среднее давление в этом объёме меньше атмосферного, так что всё верно, у ВМТ оно тянет поршень уже вниз) Из этого объёма выходит обратный клапан C (выпускающий излишнее давление и конденсат)¸ который можно принудительно открыть рукояткой, чтобы компрессия не мешала при запуске или провороте машины вручную. (Отдельная картинка опять же не нужна. На Фиг. 39 они есть.)
Screenshot_2019-07-12-04-27-50
Главный подшипник показан в продольном и поперечном разрезе на Фиг. 42 и 43. Подшипник состоит из двух чугунных половин, залитых настоящим баббитом наилучшего качества. Эти половины закреплены в точно обработанной отливке, прикреплённой болтами к концу картера, и называемой "crank case head" (головка картера). В случаях когда удлинённый вал выходит за подшипник, или несёт напрессованный ротор генератора, головка картера делается из двух частей для возможности разборки. Верхняя половина подшипника закреплена на месте двумя болтами. Нижняя опирается на два клина, которые легко регулируются и фиксируются парой винтов каждая. Так как машина одинарного действия, верхняя половина подшипника не изнашивается, и потому работает неизменным ограничителем верного положения вала. При появлении износа клины поднимают вал обратно к верхней половине, уверенно возвращая вал к идеальному положению, а объёмы над поршнями к нормальной величине. Такой метод регулировки особенно ценен в прямом соединении машины с динамо, для сохранения соосности с выносным подшипником, у которого износа "вниз" практически не бывает. На ровно обработанном торце подшипника изображена стрелка, показывающая направление смещения клинов для компенсации износа.
Смазка обеспечивается большой капельной маслёнкой, подающей масло в середина подшипника сверху, откуда оно распространяется само по направляющим канавкам. Излишек выходит с внешнего конца подшипника, где его встречает маслосбрасывающее кольцо, и стекает через отлитый канал в картер, поддерживая уровень масла в нём. Средний подшипник, с компенсацией износа одним клином, показан на Фиг. 44.
Screenshot_2019-07-12-04

Регулятор машины компаунд мало отличается от такого же у модели Junior (простого расширения). Схема его показана на Фиг. 45 и 46. Такой регулятор можно настроить до отсутствия видимой разницы в скорости вращения между работой вхолостую и на полную нагрузку, и даже до скорости вращения полностью нагруженной машины на 1-2% быстрее, чем без нагрузки. Однако такое регулирование есть извращение и коммерческой ценности не имеет. Совершенное постоянство есть первое требование к хорошему регулятору, и лёгкое снижение оборотов с повышением нагрузки способствует этому свойству. Такие регуляторы настраиваются на поддержание оборотов с точностью от 1 до 2 процентов.
Screenshot_2019-07-12-04-27-57
В общем инерционный регулятор состоит из единственного груза, показанной на рисунках типичной формы, качающегося на оси регуляторного маховика со смещением от оси вращения. Центр масс его находится примерно в точке G. Маховик с грузом стягивает пружина с винтом для настройки усилия. Направление вращения указано стрелкой. От любого увеличения скорости вращения центр масс груза стремится к положению дальше от вала, заставляя груз качаться на своей оси в сторону обратную вращению маховика. Эксцентрик прикреплён к грузу. От этого движения его эксцентриситет уменьшается, а угловое опережение увеличивается, что задаёт более раннюю отсечку впуска пара (при почти постоянном моменте его открытия). Фиг. 45 показывает регулятор в положении наибольшего хода золотника и длинной отсечки (машина увеличивает мощность), Фиг. 46 — короткой или нулевой отсечки, когда ход золотника не превышает перекрыши (машина останавливается).
Так как большая часть массы груза находится снаружи от оси качания, в случае внезапной попытки машины увеличить обороты груз по инерции отстаёт от маховика, чем усиливает и почти предвосхищает действие центробежной силы, быстрее переводя эксцентрик на укорачивание отсечки. И наоборот, при внезапном увеличении нагрузки и попытке уменьшения скорости инерция груза заставляет его опережать маховик и переводит эксцентрик на более длинную отсечку. Таким образом, подобный тип регулятора в случае правильной разработки использует инерцию груза в помощь центробежной силе, и реагирует значительно быстрее.
Эксцентрик здесь есть лёгкое съёмное кольцо, недорогое в замене если повреждено или изношено. Единственный шарнир, нуждающийся в смазке — главная ось качания груза, и та имеет большую площадь опоры, и щедро снабжается смазкой. Пружина крепится к грузу через knife-edge bearing из закалённой стали (опирается на ножевую кромку, по-русски это примерно так и будет), не требующий внимания. Конец пружины навинчен на резьбовую чугунную пробку, позволяющую менять её рабочую длину и натяг, чтобы подстраивать обороты регулирования без потери его точности.
Машины одиночного действия Вестингауза получили довольно подробное описание по нескольким причинам. Главным образом они весьма наглядны и представляют паровое конструирование высшего класса. В описаниях каждая выдающаяся часть подчёркнута и получает внимание.

А вот главная хитрость, работа золотника, будет в следующей части, хе.
От себя скажу, что интересны здесь в первую очередь (и по отдельности) золотник и регулятор. В целом двухцилиндровая машина одиночного действия с двумя поршнями в противофазе довольно обычна, и являет собой минимум конструкции для высоких оборотов. Единственный цилиндр плохо балансируется, а двойное действие требует принудительной смазки. Компаунд же всегда эффективнее простого расширения и не делать его причин почти нет (главная — ТЫ ПАРОВОЗ). Здесь на два цилиндра работает единственный золотник, а его коробка образует заодно паровую рубашку для крышек, проще могут быть только клапаны с кулачками, но у них лапки отсечка не меняется.
Регулятор же прекрасен если не расхваленным качеством работы, то однозначно простотой устройства. Одна подвижная деталь, Постум! Небольшая цена этого отсутствие идеальной балансировки (что частично компенсируется тупо массой маховика), и непрямая траектория смещения эксцентрика. У более распространённых осевых регуляторов груза два, а эксцентрик висит между ними на варианте ваттовского параллельного механизма. Но стоит ли оно того — ещё считать и мерить надо. Особенно если учесть, что наиболее точное управление оборотами давно ушло в электромоторы, а от регулятора первичного двигателя надо лишь не давать тому уйти вразнос или заглохнуть. Очевидно, что конструкцию можно спокойно упереть и на машину обычной компоновки.
Tags: Картинки, Книги, Металл!, Многабукав, Моторчики, Пар, Переводы, Порошок заходи
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    default userpic
    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 16 comments