Компаундный двигатель — это двигатель , который имеет более одной ступени для рекуперации энергии из одной и той же рабочей жидкости , при этом выхлоп из первой ступени проходит через вторую ступень, а в некоторых случаях затем на другую последующую ступень или даже ступени. Первоначально изобретенное как средство повышения эффективности паровых двигателей , компаундирование двигателей с использованием нескольких ступеней также использовалось в двигателях внутреннего сгорания и продолжает иметь там нишевые рынки.
Ступени составного двигателя могут быть как разных, так и схожих технологий, например:
Эти примеры и составные турбины являются основными, но не единственными применениями компаундирования в двигателях, см. ниже.
Композитный двигатель использует несколько этапов для выработки своей мощности.
Не все двигатели, которые используют 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, и в частности для турбонаддува , он не называется составным двигателем . Аналогично, предлагаемые двигатели, которые используют двигатель свободного поршня для привода турбины, не будут называться составными двигателями , поскольку только вторая ступень производит выходную мощность.
Однако если турбокомпаундный двигатель также наддувается путем подачи части мощности на валу обратно нагнетателю, как в некоторых авиационных двигателях, он все еще является компаундным двигателем. Использование терминов «наддув» и «турбонаддув» со временем менялось, например, производители компаундного двигателя Wright R-3350 Duplex-Cyclone в то время описывали его как «турбонаддув» . Однако это компаундный двигатель, и аналогичный двигатель, производимый сегодня, будет описан как «наддув», а не «турбонаддув» .
Термин компаундирование немного менее ограничителен, чем компаундный двигатель . Большие компаундные турбины являются применением компаундирования, как и несколько рядов лопаток, используемых во многих газовых турбинах , но ни один из них обычно не называется компаундным двигателем. Несколько наборов лопаток в одной турбине, возможно, лучше рассматривать как аналогичные по принципу прямоточному паровому двигателю , чем компаундированию. В отличие от прямоточного парового двигателя, который нашел только нишевое применение, многорядные турбины нашли огромное практическое применение.
Двигатель, не использующий компаундирование, называется простым двигателем , особенно в случае паровоза , или, точнее, простым расширительным двигателем , особенно в случае морского парового двигателя .
Однако следует отметить, что в случае любого парового двигателя простой двигатель может также использоваться для обозначения такого, который не использует конденсатор для создания отрицательного давления и, таким образом, повышения эффективности. Использование отдельных конденсаторов для этой цели является одной из ключевых особенностей, которая отличает паровой двигатель Уатта 1765 года от парового двигателя Ньюкомена 1712 года.
В случае с паровозом не возникает никакой двусмысленности, поскольку в конденсационном паровозе конденсатор не повышает эффективность, а может даже снижать эффективность, чтобы экономить воду и сокращать выбросы. Так, например, Metropolitan Railway A Class во всех смыслах является простым локомотивом, несмотря на свои конденсаторы, и термин «простой двигатель», применяемый к паровозам, на практике всегда означает тот, который не использует компаундирование, опять же независимо от использования конденсаторов. Термины «простой локомотив расширения» и «простой двигатель расширения» иногда применяются к локомотивам, чтобы устранить любую возможную путаницу.
Старейшими примерами составных двигателей являются составные паровые двигатели . В 1805 году Артур Вульф запатентовал составной двигатель высокого давления Вульфа, который использовал этот принцип.
Компаундирование в частности использовалось в стационарных паровых двигателях , судовых паровых двигателях и на некоторых паровозах, начиная с 1850-х годов, в основном в континентальной Европе. [1]
Трехступенчатые или тройные поршневые паровые двигатели с тремя цилиндрами увеличивающегося диаметра в ряд были довольно популярны для движения пароходов . «Доктор» Александр Карнеги Кирк экспериментально установил свой первый двигатель тройного расширения на судно под названием Propontis в 1874 году. В 1881 году Кирк установил усовершенствованную версию своего двигателя на судне SS Aberdeen на Клайдсайде , Шотландия . [2] Это судно доказало преимущества мощности и экономичности нового двигателя на коммерческих перевозках между Соединенным Королевством и Дальним Востоком . [3] Первым военным кораблем , который был оборудован таким образом, был испанский военный корабль Destructor , который также был построен на Клайдсайде, и первый двигатель этого типа, используемый на кораблях Королевского флота, был спроектирован Дж. У. Ридом, который также создал водотрубный котел Рида . [4] [5] Вскоре последовали и другие флоты и владельцы коммерческих судов. Также использовались четырехступенчатые или четверные 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, большинство паровозов класса NZR X. Другие преобразования включали перепроектирование деталей составных локомотивов, например, многие составные локомотивы, спроектированные Альфредом де Гленом и являвшиеся в свое время произведением искусства, 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 компоновка с чередующимися цилиндрами высокого давления, выхлоп которых поступает в центральный цилиндр низкого давления.
Примеры включают: Deutz 1879, Forest-Gallice 1888, Connelly 1888, Diesel 1897, Bales 1897, Babled 1903, Butler 1904, Eisenhuth 1904–7, Abbot 1910. [6] Концепция была «переизобретена» и запатентована как пятитактный двигатель в 2000 году Герхардом Шмитцем, с которым экспериментировал Ильмор.
Турбокомпаундирование было применено к двигателям внутреннего сгорания . Турбокомпаундные двигатели широко использовались в качестве авиационных двигателей сразу после Второй мировой войны . [7] [8]
Дизельные двигатели с турбокомпаундом продолжают использоваться в грузовых автомобилях и сельскохозяйственной технике. [9]
.jpg/1280px-Quadruple_expansion_compound,_section_(Heat_Engines,_1913).jpg)