Составной двигатель — это двигатель , который имеет более одной ступени для рекуперации энергии из одной и той же рабочей жидкости , 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 , технология компаундирования двигателей с использованием нескольких ступеней также использовалась в двигателях внутреннего сгорания и продолжает занимать там нишу на рынке.
Ступени составного двигателя могут иметь как разные, так и схожие технологии, например:
Эти примеры и составные турбины являются основным, но не единственным применением компаундирования в двигателях, см. ниже.
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 для привода турбины используется двигатель со свободным поршнем, 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.
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, был испанский военный корабль «Деструктор» , который также был построен на острове Клайдсайд, а первый двигатель этого типа, использованный на кораблях Королевского флота, был спроектирован Дж. У. Ридом, который также создал водяную трубку Рида. котел . [4] [5] Вскоре последовали другие военно-морские силы и коммерческие судовладельцы. Также использовались четырехступенчатые или четырехступенчатые двигатели расширения.
Несколько классов паровозов существовали как в простой, так и в составной форме, чаще всего, когда локомотивы, изначально построенные как составные, были преобразованы в простые, чтобы получить мощность за счет эффективности, например, большая часть класса NZR X. 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.
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 включают: Дойц 1879, Форест-Галлис 1888, Коннелли 1888, Дизель 1897, Бэйлс 1897, Бэблед 1903, Батлер 1904, Эйзенхут 1904–7, Эббот 1910. [6] Концепция была «заново изобретена» и запатентована как « пять». Двухтактный двигатель Герхарда Шмитца в 2000 году, 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]
.jpg/1280px-Quadruple_expansion_compound,_section_(Heat_Engines,_1913).jpg)