.jpg/1280px-Corliss_engine,_showing_valvegear_(New_Catechism_of_the_Steam_Engine,_1904).jpg)
Паровой двигатель Корлисса ( или двигатель Корлисса ) — паровой двигатель , оснащенный поворотными клапанами и системой изменения фаз газораспределения, запатентованный в 1849 году, изобретенный и названный в честь американского инженера Джорджа Генри Корлисса из Провиденса, штат Род-Айленд . Корлисс взял оригинальное изобретение у Фредерика Эллсворта Сиккелса (1819-1895), который владел патентом (1829) в патентном ведомстве США.
Двигатели, оснащенные клапанным механизмом Корлисса, обеспечивали наилучшую тепловую эффективность любого типа стационарного парового двигателя до усовершенствования прямоточного парового двигателя и паровой турбины в 20 веке. Двигатели Корлисса были, как правило, примерно на 30 процентов более экономичны, чем обычные паровые двигатели с фиксированной отсечкой. [1] Эта повышенная эффективность сделала паровую энергию более экономичной, чем гидроэнергию, что позволило промышленному развитию вдали от мельничных прудов. [2]
Двигатели Corliss обычно использовались в качестве стационарных двигателей для обеспечения механической мощности линейных валов на заводах и фабриках, а также для приведения в действие динамо-машин для выработки электроэнергии. Многие из них были довольно большими, достигали высоты в несколько метров и развивали несколько сотен лошадиных сил , хотя и на низкой скорости, вращая массивные маховики весом в несколько тонн со скоростью около 100 оборотов в минуту. Некоторые из этих двигателей играют необычную роль в качестве механических устаревших систем , и из-за их относительно высокой эффективности и низких требований к обслуживанию некоторые из них остаются в эксплуатации до начала 21-го века. См., например, двигатели на пивоварне Hook Norton и винокурне Dillon в списке действующих двигателей.
Двигатели Corliss имеют четыре клапана для каждого цилиндра, с паровыми и выпускными клапанами, расположенными на каждом конце. Двигатели Corliss включают в себя различные усовершенствования как в самих клапанах, так и в клапанном механизме , то есть в системе связей , которые управляют клапанами.
Использование отдельных клапанов для впуска и выпуска пара означает, что ни клапанам, ни паровым каналам между цилиндрами и клапанами не нужно менять температуру во время цикла мощности и выпуска, и это означает, что синхронизация впускных и выпускных клапанов может контролироваться независимо. Напротив, обычные паровые двигатели имеют золотниковый клапан или поршневой клапан , который попеременно подает и выпускает через каналы к каждому концу цилиндра. Эти каналы подвергаются большим перепадам температур во время работы двигателя, и внутри клапанного механизма существуют высокие температурные градиенты.
Кларк (1891) прокомментировал, что механизм Корлисса «по сути является комбинацией элементов, ранее известных и используемых по отдельности, влияющих на цилиндр и клапанный механизм». [3] Истоки механизма Корлисса по отношению к предыдущему паровому клапанному механизму были прослежены Инглисом (1868). [4]
.jpg/1280px-Corliss_valvegear,_Gordon's_improved_(New_Catechism_of_the_Steam_Engine,_1904).jpg)
Джордж Корлисс получил патент США 6162 на свой клапанный механизм 10 марта 1849 года. Этот патент охватывал использование запястной пластины для передачи движения клапана от одного эксцентрика к четырем клапанам двигателя, а также использование отсечных клапанов с переменной отсечкой под управлением регулятора , которые характеризуют двигатели Корлисса. [5] В отличие от более поздних двигателей, большинство из которых были горизонтальными, этот патент описывает двигатель с вертикальной цилиндрической балкой , и он использовал отдельные золотниковые клапаны для впуска и выпуска на каждом конце цилиндра.
Впускные клапаны открываются с помощью эксцентрикового привода собачки ; когда собачка срабатывает , быстрое закрытие демпфируется с помощью демпфера . Во многих двигателях тот же демпфер действует как вакуумная пружина, закрывая клапаны, но ранние двигатели Корлисса были достаточно медленными, поэтому клапан закрывался под действием веса поршня и штока демпфера.
Скорость двигателя Corliss контролируется путем изменения отсечки пара во время каждого рабочего такта, при этом дроссельная заслонка остается широко открытой в любое время. Для этого центробежный регулятор связан с парой кулачков, по одному на каждый впускной клапан. Эти кулачки определяют точку во время хода поршня, в которой собачка отпустится, позволяя этому клапану закрыться.
Как и во всех паровых двигателях, где можно регулировать отсечку, преимущество этого заключается в том, что большая часть рабочего хода осуществляется за счет расширения пара в цилиндре после закрытия впускного клапана. Это гораздо ближе к идеальному циклу Карно , чем это возможно в двигателе, где впускной клапан открыт на протяжении рабочего хода, а скорость регулируется дроссельной заслонкой .
Клапанная передача Корлисса обеспечивает более равномерную скорость и лучшую реакцию на изменения нагрузки, что делает ее пригодной для таких применений, как прокатные станы и прядение, и значительно расширяет ее применение в производстве. [6] [7]
Клапаны Corliss открываются непосредственно в цилиндр. Клапаны соединяют цилиндр с отдельными паровыми и выхлопными коллекторами . Первоначально Corliss использовал золотниковые клапаны с линейными приводами, но к 1851 году Corliss перешел на полуповоротные приводы клапанов, как описано в патенте США 8253. [8] В этом двигателе запястная пластина была перемещена в центр цилиндра, как и в более поздних двигателях Corliss. Однако это все еще был двигатель с балкой , и полуповоротные приводы клапанов управляли линейными золотниковыми клапанами внутри четырех клапанных коробок двигателя.
Клапаны Corliss имеют форму малого кругового сегмента , вращающегося внутри цилиндрической поверхности клапана. Их приводной механизм вынесен вдоль оси клапана, поэтому у них мало «мертвого пространства», такого как шток тарельчатого клапана , и вся площадь порта может эффективно использоваться для потока газа.
Поскольку площадь клапана Корлисса мала по сравнению с площадью порта, воздействие потока газа создает относительно небольшой крутящий момент на оси клапана по сравнению с некоторыми другими видами клапанов. Эти преимущества привели к тому, что форма клапана Корлисса стала использоваться в других ролях, помимо паровых двигателей с редуктором Корлисса.
В авиадвигателе Rolls-Royce Merlin в качестве дроссельной заслонки использовался прямоугольный дроссельный клапан . Силы газового потока, действующие асимметрично на этот дроссельный клапан, могли приводить к плохому управлению мощностью в некоторых обстоятельствах. Более поздние модели, начиная с 134, использовали дроссельный клапан Corliss, чтобы избежать этой проблемы. [9]
Общей особенностью больших двигателей Corliss является один или два набора узких зубьев шестерен на ободе маховика . [10] Эти зубья позволяют застопорить маховик , то есть повернуть его с помощью лома . [ 11] Это может потребоваться во время технического обслуживания двигателя, например, для установки фаз газораспределения и впускного клапана, а также во время запуска двигателя.
Необходимость блокировки двигателя во время запуска наиболее очевидна для одноцилиндровых двигателей, где неосторожный оператор двигателя может остановить двигатель, когда поршень находится в мертвой точке или около нее . После остановки в таком состоянии двигатель не может быть запущен самостоятельно, поэтому его необходимо заблокировать в более благоприятном положении для запуска.
Большие двигатели Corliss нельзя безопасно запускать холодными, [ почему? ] , поэтому обычно впускают пар низкого давления в обе стороны цилиндра, чтобы прогреть металлоконструкцию. Медленное вращение двигателя во время этого процесса гарантирует, что весь двигатель равномерно прогреется, и обеспечивает равномерное распределение масла по механизму перед подачей мощности. [12] Опять же, для этого можно использовать запирание, хотя операторы иногда делают это путем осторожного ручного манипулирования клапанами. [13]
Для больших двигателей, маховое движение достаточно сложно, поэтому часто устанавливаются маховые двигатели . [14] Это небольшие двигатели с зубьями шестерен, нарезанными для сопряжения с зубьями на маховике. Как правило, приводные шестерни махового двигателя спроектированы так, чтобы автоматически отключаться, если двигатель начинает работать от собственной силы, пока маховые шестерни включены.
Компания Corliss Steam Engine Company изначально называлась Fairbanks, Clark & Co. в 1830-х годах. В 1843 году она была переименована в Fairbanks, Bancroft & Co., когда к ней присоединился Эдвард Бэнкрофт. В 1846 году она была переименована в Bancroft, Nightingale & Co., когда к ней присоединился Джордж Х. Корлисс, а в 1847 году она была переименована в Corliss, Nightingale and Co. В 1848 году компания переехала на железнодорожный переезд Charles Street в Провиденсе, штат Род-Айленд .
В 1857 году компания была переименована в последний раз в Corliss Steam Engine Company. К 1864 году Корлисс выкупил своих партнеров и стал единственным владельцем компании.
К 1859 году все ключевые особенности того, что мы сейчас знаем как двигатель Корлисса, были на месте. Патенты, выданные Корлиссу и другим, включали поворотные клапаны и коленчатые валы, расположенные в ряд с цилиндрами. См., например, патент США 24,618 Корлисса, выданный 5 июля 1859 года. [15] Конкурирующие изобретатели упорно трудились, чтобы изобрести альтернативы механизмам Корлисса; они, как правило, избегали использования Корлисом запястной пластины и принимали альтернативные механизмы выпуска для паровых клапанов, как в патенте США 19,640 Джеймисона, выданном 16 марта 1858 года. [16]
Патент Корлисса 1849 года истек в 1870 году; срок действия этого патента был продлен переизданием патента США 200 13 мая 1851 года и переизданиями патентов США 758 и 763 12 июля 1859 года. B. Hick and Son были первыми, кто представил двигатель Корлисса в Соединенном Королевстве около 1864 года. После 1870 года многочисленные другие компании начали производить двигатели Корлисса. Среди них William A. Harris Steam Engine Company, [17] Worthington Pump and Machinery Company , [18] и Allis-Chalmers . [19] В целом, эти машины назывались двигателями Корлисса независимо от того, кто их изготовил.
В 1895 году компания была закрыта под бременем долга в 800 000 долларов, а в 1900 году она была продана International Power Company, контролируемой промышленником Джозефом Х. Ходли . [20] В 1905 году она была передана другой фирме Ходли, American & British Manufacturing Corporation .
В 1925 году компания объединилась с Franklin Machine Company. К тому времени Franklin Machine Company уже принадлежала William A. Harris Steam Engine Company.
Двигатель столетия Корлисса был всеобъемлющим, специально построенным вращающимся лучевым двигателем , который приводил в действие практически все экспонаты на выставке столетия Соединенных Штатов в Филадельфии в 1876 году через валы общей длиной более мили. Включенный президентом Улиссом С. Грантом и императором Педру II из Бразилии , двигатель был выставлен на всеобщее обозрение в течение всей ярмарки.
Двигатель был сконфигурирован как два цилиндра, расположенных рядом. Каждый цилиндр был расточен до 44 дюймов (112 см) с ходом поршня 10 футов (3,0 м). Centennial Engine был высотой 45 футов (14 м), имел маховик диаметром 30 футов (9,1 м) и выдавал 1400 лошадиных сил (1000 кВт). После ярмарки его разобрали и отправили обратно на завод Корлисса в Провиденсе. Семь лет спустя он был продан и приводил в действие чикагскую фабрику, принадлежавшую Джорджу Пульману , до 1910 года [21] , когда он был продан на металлолом. [22]
Этот двигатель стал культурной иконой, настолько, что для многих современных историков термин «двигатель Корлисса» (или паровой двигатель Корлисса ) относится именно к этому двигателю, а не к широкому классу двигателей, оснащенных клапанным механизмом Корлисса. [23]
.jpg/1280px-The_Corliss_'Centennial_Engine'_at_the_US_Centennial_Exhibition_(1876).jpg)
