Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Бу машинасының негізгі бөліктерін байланыстыру үшін тербеліс сәулесін пайдаланатын алғашқы конструкциясы. Сәулелі қозғалтқыш – тік поршеньнен тік байланыс таяғына күш беру үшін иілгіш жоғары сәуле қолданылатын бу машинасының бір түрі. Бұл конструкцияны алғаш рет 1705 жылы Томас Ньюкомен Корнуоллдағы кендерден су шығару үшін қолданды, қозғалтқыш тікелей сорғыны қозғалтатын. Джеймс Уатт жеке конденсатор қосып, Джонатан Хорнбловер мен Артур Вулф цилиндрлерді біріктіріп, ал Уильям МакНотт қолданыстағы қозғалтқышты қайта жаңарту әдісін ойлап тапқан инженерлер қозғалтқыштардың тиімділігін арттырды. Сәулелі қозғалтқыштар алдымен кендерден немесе каналдарға су сору үшін қолданылды, бірақ диірменді қуаттандыратын су доңғалағының ағынын толықтыру үшін де су соруға қолданылуы мүмкін. Айналмалы сәулелі қозғалтқыш – бұл сәулелі қозғалтқыштың кейінгі дизайны, онда байланыс таяғы кривошип арқылы (немесе тарихи түрде күн және планеталық тісті дөңгелек арқылы) инерциялық дөңгелекті қозғалтады. Бұл айналмалы сәулелі қозғалтқыштар диірмендегі жетек білігін тікелей қуаттандыру үшін қолданылуы мүмкін. Олар сонымен қатар бу кемелерін қуаттандыру үшін де пайдаланылуы мүмкін.
Early configuration of the steam engine utilising a rocking beam to connect major components. A beam engine is a type of steam engine where a pivoted overhead beam is used to apply the force from a vertical piston to a vertical connecting rod. This configuration, with the engine directly driving a pump, was first used by Thomas Newcomen around 1705 to remove water from mines in Cornwall. The efficiency of the engines was improved by engineers including James Watt, who added a separate condenser; Jonathan Hornblower and Arthur Woolf, who compounded the cylinders; and William McNaught, who devised a method of compounding an existing engine. Beam engines were first used to pump water out of mines or into canals but could be used to pump water to supplement the flow for a waterwheel powering a mill. The rotative beam engine is a later design of beam engine where the connecting rod drives a flywheel by means of a crank (or, historically, by means of a sun and planet gear). These beam engines could be used to directly power the line shafting in a mill. They also could be used to power steam ships.
Тарих
Алғашқы балкалы қозғалтқыштар сумен жұмыс істеді және кендерден суды сорғылау үшін қолданылды. Шотландиядағы Ванлокхедтегі Стрейтстепс қорғасын кенішінде сақталған мысалын көруге болады. Балкалы қозғалтқыштар ағылшын каналдары жүйесіндегі сорғыларды қуаттандыру үшін кеңінен қолданылды, ол өнеркәсіптік революцияның басында шлюздер арқылы кеңейтілген кезде, сондай-ақ сол кезеңде шахталардан суды ағызу үшін және орау қозғалтқыштары ретінде пайдаланылды. Бірінші бумен байланысты балкалы қозғалтқышты Томас Ньюкомен жасады. Бұл, әрине, бумен жұмыс істемеген, өйткені поршень астына енгізілген бу ішінара вакуум құру үшін конденсацияланды, осылайша атмосфералық қысым поршеньді төмен қарай итеруге мүмкіндік берді. Сондықтан оны атмосфералық қозғалтқыш деп атады. Ньюкомен атмосфералық қозғалтқышы Корнуолл мен басқа жерлерде көптеген шахталарда қолданылды, бірақ ол салыстырмалы түрде тиімсіз болды және көп мөлшерде отынды тұтынып, шығынды жасады. Қозғалтқышты Джон Смитон жетілдірді, бірақ Джеймс Уатт өзінің Уатт булы қозғалтқышында Ньюкомен қозғалтқышының негізгі тиімсіздігін жеке конденсаторды қосу арқылы шешті, осылайша цилиндрдің ыстық болуына мүмкіндік берді. Техникалық тұрғыдан бұл әлі де атмосфералық қозғалтқыш болды, бірақ кейіннен ол цилиндрдің жоғарғы бөлігін жауып, буды поршеньді төмен қарай итеру үшін енгізді. Бұл оны нағыз бу машинасы етті және оны бу машинасының ойлап табушысы ретінде бекітті. Сонымен қатар ол центробегтік басқарушы мен параллель қозғалыс механизмін патенттеді. Соңғысы арканың айналасындағы тізбектерді ауыстыруға мүмкіндік берді және осылайша оны айналмалы қозғалтқыш ретінде пайдалануға жол ашты. Оның патенттері 19 ғасырдың басына дейін күшінде болды және кейбіреулер бұл дамуды тежеді дейді. Алайда, шындығында басқалар бұл технологияны дамытып келді және патент мерзімі аяқталғаннан кейін жаңа идеялар мен жетілдірулер көптеп пайда болды. Уатт балкалы қозғалтқыштары коммерциялық мақсатта әлдеқайда көп мөлшерде қолданылды және олардың көптегені 100 жыл немесе одан да көп уақыт бойы жұмыс істеді. Уатт өзінің қозғалтқышының негізгі дизайны бойынша патенттерге ие болды, бірақ оның айналмалы қозғалтқышы Джеймс Пикардтың қарапайым кривошип патентімен де шектелген еді. Бұл машина Англияның оңтүстік-батысындағы қалайы мен мысқа бай аймақтарда едәуір жетілдіріліп, кеңейтілді, бұл сол жердегі терең шахталарды кептіруге мүмкіндік берді. Нәтижесінде, Корнуолл балкалы қозғалтқыштары әлемге әйгілі болды, өйткені олар бұрын-соңды салынған ең үлкен балкалы қозғалтқыштардың қатарында саналады. Қозғалтқыштардың әртүрлі бөліктеріне патенттердің көптігі және патенттік құқықтарды бұзудың салдарынан, бөлшектерінің ешқайсысында өндірушінің аты жоқ балкалы қозғалтқыштардың мысалдары бар (Холликомб бу коллекциясы).
The first beam engines were water powered and used to pump water from mines. A preserved example may be seen at the Straitsteps Lead Mine in Wanlockhead in Scotland. Beam engines were extensively used to power pumps on the English canal system when it was expanded by means of locks early in the Industrial Revolution, and also to drain water from mines in the same period, and as winding engines. The first steam related beam engine was developed by Thomas Newcomen. This was not, strictly speaking, steam powered, as the steam introduced below the piston was condensed to create a partial vacuum thus allowing atmospheric pressure to push down the piston. It was therefore called an Atmospheric Engine. The Newcomen atmospheric engine was adopted by many mines in Cornwall and elsewhere, but it was relatively inefficient and consumed a large quantity of fuel. The engine was improved by John Smeaton but James Watt resolved the main inefficiencies of the Newcomen engine in his Watt steam engine by the addition of a separate condenser, thus allowing the cylinder to remain hot. Technically this was still an atmospheric engine until (under subsequent patents) he enclosed the upper part of the cylinder, introducing steam to also push the piston down. This made it a true steam engine and arguably confirms him as the inventor of the steam engine. He also patented the centrifugal governor and the parallel motion. the latter allowed the replacement of chains round an arch head and thus allowed its use as a rotative engine. His patents remained in place until the start of the 19th Century and some say that this held back development. However, in reality development had been ongoing by others and at the end of the patent period there was an explosion of new ideas and improvements. Watt's beam engines were used commercially in much larger numbers and many continued to run for 100 years or more. Watt held patents on key aspects of his engine's design, but his rotative engine was equally restricted by James Pickard's patent of the simple crank. The beam engine went on to be considerably improved and enlarged in the tin and copper rich areas of south west England, which enabled the draining of the deep mines that existed there. Consequently, the Cornish beam engines became world famous, as they remain among the most massive beam engines ever constructed. Because of the number of patents on various parts of the engines and the consequences of patent infringements, examples exist of Beam Engines with no makers name on any of the parts (Hollycombe Steam Collection).
Ротациялық сәулелі қозғалтқыштар
Ротациялық сәулелі қозғалтқышта поршень тік орнатылады, ал поршень таяғы бұрынғысынша сәулені қозғалтады. Сәуленің екінші ұшындағы жалғауыш таяқ, сорғы таяғын емес, енді серпінді дөңгелекті қозғалтады. Алғашқы Уатт қозғалтқыштарында Джеймс Пикардтың патенталған қарапайым кривошиптің пайдаланылуына тыйым болғандықтан, Уатттың «күн мен планета» атты механизмдері қолданылды. Патент мерзімі біткен соң, қарапайым кривошип кеңінен қолданысқа енді. Айналмалы қозғалысқа қол жеткізілгеннен кейін серпінді дөңгелектің қасына жетек белбеуін орнатуға болады. Бұл қуатты басқа біліктерге жеткізеді, ал олардан тағы басқа белбеулер арқылы үйіндіні ұрып, ұнтақтап, немесе диірмен тастау сияқты түрлі стационарлы машиналарды іске қосуға болады.
In a rotative beam engine, the piston is mounted vertically, and the piston rod drives the beam as before. A connecting rod from the other end of the beam, rather than driving a pump rod, now drives a flywheel. Early Watt engines used Watt's patent sun and planet gear, rather than a simple crank, as use of the latter was protected by a patent owned by James Pickard. Once the patent had expired, the simple crank was employed universally. Once rotary motion had been achieved a drive belt could be attached beside the flywheel. This transmitted the power to other drive shafts and from these other belts could then be attached to power a variety of static machinery e. g. threshing, grinding or milling machines.
Теңіз сәулелі қозғалтқыштары
Бірінші бумен жұмыс істейтін кемелер айналмалы бу машинасының түрлерін пайдаланды. Бұл теңіздік бу машиналары – бүйірлік тетік, қоңыз, крейцкопф, немесе "жүретін арқалық" сияқты әртүрлі атаулармен белгілі – бастапқы құрлықтағы машиналарынан кемеде аз орын алу үшін арқалықтың немесе арқалықтардың орналасуын өзгерту арқылы ерекшеленді.
The first steam powered ships used variants of the rotative beam engine. These marine steam engines – known as side lever, grasshopper, crosshead, or 'walking beam', among others – all varied from the original land based machines by locating the beam or beams in different positions to take up less room on board ship.
Құрастыру
Компондау екі немесе одан көп цилиндрді қамтиды; бірінші, жоғары қысымды цилиндрден төмен қысымды бу екінші цилиндрге жіберіледі, онда ол одан әрі кеңейіп, қосымша қуат береді. Бұл – қосымша эффект; одан шыққан пайдаланылмаған бу, қалыпты жағдайда конденсаторға жіберілсе, одан әрі жұмыс істей алады. Компоундингтің алғашқы тәжірибесін 1781 жылы патент алған Джонатан Хорнбловер жүргізді. Оның алғашқы қозғалтқышы Тинкрофт кенішінде орнатылды. Онда екі цилиндр болды – біреуі 6 фут (2 м) ұзындығындағы, екіншісі 8 фут (2 м) ұзындығындағы диаметрімен, олар сәуленің бір жағына орналастырылған. Алғашқы қозғалтқыштардың өнімділігі шамалы болды: бу қысымы тым төмен болды, байланыстыратын құбырлардың диаметрі кішкентай болды және конденсатор тиімді жұмыс істемеді. Осы кезде термодинамика заңдары, әсіресе абсолюттік нөл туралы түсінік, жеткілікті түрде зерттелмеген еді. Артур Вулф сияқты инженерлер физиканың толыққанды түсінігі болмаса да, инженерлік мәселені шешуге тырысты. Атап айтқанда, олардың клапандық механизмі цилиндрде кеңею жұмысына мүмкіндік бермейтін, соққының дұрыс емес жерінде іске қосылды. Сәтті Вулф компоунд қозғалтқыштары 1814 жылы, Wheal Abraham мыс кеніші және Wheal Vor қалайы кеніші үшін жасалды.
Compounding involves two or more cylinders; low pressure steam from the first, high pressure, cylinder is passed to the second cylinder where it expands further and provides more drive. This is the compound effect; the waste steam from this can produce further work if it is then passed into a condenser in the normal way. The first experiment with compounding was conducted by Jonathan Hornblower, who took out a patent in 1781. His first engine was installed at Tincroft Mine, Cornwall. It had two cylinders – one diameter with 6 feet (2 m) stroke and one diameter with 8 feet (2 m) stroke – placed alongside each other at one end of the beam. The early engines showed little performance gain: the steam pressure was too low, interconnecting pipes were of small diameter and the condenser ineffective. At this time the laws of thermodynamics were not adequately understood, particularly the concept of absolute zero. Engineers such as Arthur Woolf were trying to tackle an engineering problem with an imperfect understanding of the physics. In particular, their valve gear was cutting in at the wrong position in the stroke, not allowing for expansive working in the cylinder. Successful Woolf compound engines were produced in 1814, for the Wheal Abraham copper mine and the Wheal Vor tin mine.
McNaught қозғалтқыштары
Уильям Макнотт 1845 жылы құрама сәулелі қозғалтқышты патенттеді. Ол стандартты Боултон мен Уотт конструкциясының сәулелі қозғалтқышына жоғары қысымды цилиндр орналастырды, ол су сорғысы әдетте орнатылатын жердегі, сәуленің қарама-қарсы жағындағы бір цилиндрге орналастырылды. Бұл екі маңызды нәтиже берді: бұл сәуледегі қысымды күрт төмендетті, ал ұзын болған бу құбыры кеңейтілген қабылдағыш ретінде жұмыс істеді – Вулф конструкциясында болмаған элемент. Бұл өзгеріс бұрыннан бар қозғалтқыштарға да енгізілуі мүмкін еді, және осылай өзгертілген қозғалтқыштар "Макнотттандырылған" деп аталды. Құрама қозғалтқыштың артықшылықтары төмен қысымда айқын болмады, бірақ қысым артқанда байқалды.
William McNaught patented a compound beam engine in 1845. On a beam engine of the standard Boulton & Watt design he placed a high pressure cylinder, on the opposite side of the beam to the existing single cylinder, where the water pump was normally fitted. This had two important effects: it massively reduced the pressure on the beam, and the connecting steam pipe, being long, acted as an expansive receiver – the element missing in the Woolf design. This modification could be made retrospectively, and engines so modified were said to be "McNaughted". The advantages of a compound engine were not significant at pressures under , but showed at over .