Silnik złożony - Compound engine

Silnik turbosprężarki Wright R-3350 Duplex-Cyclone
Lokomotywa Bavarian S 3/6 , przedstawiająca dwa cylindry wysokociśnieniowe zamontowane centralnie w ramie i dwa nieco większe cylindry niskociśnieniowe po obu stronach

Silnik związek jest silnik , który ma więcej niż jeden etap odzyskiwania energii z tego samego płynu roboczego , przy czym z gazów spalinowych w pierwszym etapie przechodzi przez drugi etap, w niektórych przypadkach następnie do innego kolejnym etapie lub nawet etapach. Pierwotnie wynaleziony jako sposób na zwiększenie wydajności silników parowych , mieszanie silników za pomocą kilku etapów było również stosowane w silnikach spalinowych i nadal ma tam rynki niszowe.

Stopnie silnika sprzężonego mogą mieć różne lub podobne technologie, na przykład:

  • W turbo-związek The spalin z cylindrów przechodzi przez turbinę, dwa etapy są odmienne.
  • W lokomotywie parowej mieszanej para przepływa z cylindra lub cylindrów wysokociśnieniowych do cylindra lub cylindrów niskociśnieniowych, przy czym dwa etapy są podobne.
  • W silniku parowym z potrójnym rozprężaniem para przechodzi przez trzy kolejne cylindry o coraz większych rozmiarach i malejącym ciśnieniu. Takie silniki były najczęstszymi silnikami morskimi w złotym wieku pary.

Te przykłady i turbiny złożone są głównymi, ale nie jedynymi zastosowaniami mieszanek w silnikach, patrz poniżej.

Terminologia

Silnik sprzężony wykorzystuje kilka etapów do wytworzenia mocy wyjściowej.

Nie wszystkie silniki, które wykorzystują wiele stopni, nazywane są silnikami złożonymi . W szczególności, jeśli silnik wykorzystuje późniejszy stopień wyłącznie do pobierania energii ze spalin w innym celu, a zwłaszcza do turbodoładowania , nie jest nazywany silnikiem sprzężonym . Podobnie, proponowane silniki, w których do napędzania turbiny wykorzystuje się silnik z tłokiem swobodnym , nie będą nazywane silnikami złożonymi , ponieważ tylko drugi stopień wytwarza moc wyjściową.

Jeśli jednak silnik mieszany turbodoładowany jest również doładowywany , przekazując część mocy na wale z powrotem do doładowania, jak w przypadku niektórych silników lotniczych, nadal jest to silnik złożony. Użycie terminów doładowanie i turbodoładowanie zmieniało się z czasem, na przykład twórcy silnika złożonego Wright R-3350 Duplex-Cyclone opisywali go wtedy jako turbodoładowanie . Jest to jednak silnik sprzężony, a podobny silnik produkowany dzisiaj zostałby opisany jako doładowany, a nie turbodoładowany .

Termin „ kompaundowanie” jest nieco mniej restrykcyjny niż „ silnik złożony” . Duże turbiny sprzężone są aplikacją mieszaną, podobnie jak wiele rzędów łopatek stosowanych w wielu turbinach gazowych , ale żadna z nich nie jest zwykle określana jako silnik sprzężony. Kilka zestawów łopatek w jednej turbinie może być lepiej pomyślane jako zasadniczo podobne do jednoprzepływowego silnika parowego niż do łączenia. W przeciwieństwie do jednoprzepływowych silników parowych, które znalazły tylko niszowe zastosowania, turbiny wielorzędowe znalazły ogromne praktyczne zastosowanie.

Silnik, w którym nie stosuje się kompaundowania, jest określany jako silnik prosty , zwłaszcza w przypadku lokomotywy parowej , lub dokładniej, jako prosty silnik rozprężny , szczególnie w przypadku okrętowego silnika parowego .

Należy jednak pamiętać, że w przypadku dowolnego silnika parowego , prosty silnik może również oznaczać taki, który nie wykorzystuje skraplacza do generowania podciśnienia, a tym samym poprawy wydajności. Zastosowanie do tego celu oddzielnych skraplaczy jest jedną z kluczowych cech odróżniających maszynę parową Watta z 1765 roku od maszyny parowej Newcomena z 1712 roku.

Nie ma dwuznaczności w przypadku lokomotywy parowej, ponieważ w lokomotywie kondensacyjnej skraplacz nie ma na celu zwiększenia wydajności, a może nawet zmniejszyć wydajność w celu oszczędzania wody i redukcji emisji. Tak więc na przykład Metropolitan Railway Class A jest pod każdym względem prostą lokomotywą pomimo swoich kondensatorów, a termin „ prosty silnik” stosowany do lokomotyw parowych zawsze w praktyce oznacza taki, który nie używa łączenia, znowu niezależnie od zastosowania kondensatorów. Określenia prosta lokomotywa rozprężna i prosty silnik rozprężny są czasami stosowane do lokomotyw, aby usunąć wszelkie możliwe nieporozumienia.

Historia

Parowy

Silnik z belką zespoloną Woolf , 1858, z wyraźnie widocznymi cylindrami wysokiego i niskiego ciśnienia w jasnym kolorze

Najstarszymi przykładami silników sprzężonych są sprzężone silniki parowe . W 1805 Arthur Woolf opatentował wysokociśnieniowy silnik mieszany Woolf, który wykorzystywał tę zasadę.

Mieszanie było szczególnie stosowane w stacjonarnych silnikach parowych , okrętowych silnikach parowych oraz w niektórych, ale nie we wszystkich lokomotywach parowych, począwszy od lat 50. XIX wieku, szczególnie, ale nie tylko, w Europie kontynentalnej.

Do napędu statków parowych szczególnie popularne były trzystopniowe lub potrójnie rozprężne silniki parowe tłokowe, z trzema cylindrami o powiększającym się otworze w linii . "Doktor" Alexander Carnegie Kirk , eksperymentalnie zamontował swój pierwszy silnik z potrójnym rozszerzeniem na statku zwanym Propontis w 1874 roku. W 1881 Kirk zainstalował udoskonaloną wersję swojego silnika w SS Aberdeen na Clydeside w Szkocji . Statek ten udowodnił zalety mocy i ekonomii nowego silnika, w służbie komercyjnej między Wielką Brytanią a Dalekim Wschodem . Pierwszym okrętem wojennym , który został tak wyposażony, był hiszpański okręt wojenny Destructor , który również został zbudowany na Clydeside, a pierwszy silnik tego typu stosowany w okrętach Royal Navy został zaprojektowany przez J.W. Reeda, który stworzył również kocioł wodnorurowy Reed . Wkrótce po nich podążyli inni marynarze wojenni i armatorzy komercyjni. Zastosowano również czterostopniowe lub czterostopniowe silniki rozprężne.

Kilka klas lokomotyw parowych istniało zarówno w formie prostej, jak i złożonej, najczęściej, gdy lokomotywy pierwotnie zbudowane jako złożone były przekształcane w proste w celu uzyskania mocy kosztem wydajności, na przykład większość lokomotyw klasy NZR X . Inne konwersje obejmowały przeprojektowanie szczegółów łączenia , na przykład wiele lokomotyw złożonych zaprojektowanych przez Alfreda de Glehna i najnowocześniejszych w tamtych czasach zostało zmodyfikowanych przez André Chapelona, aby wykorzystać jego późniejszy schemat.

Wewnętrzne spalanie

Próbowano budować złożone silniki spalinowe z cylindrami wysokociśnieniowymi i niskociśnieniowymi, ale nie przyniosły one dużego sukcesu. Przykłady obejmują: Deutz 1879, Forest-Gallice 1888, Connelly 1888, Diesel 1897, Bales 1897, Babled 1903, Butler 1904, Eisenhuth 1904-7, Abbot 1910.

Od niedawna w silnikach spalinowych zastosowano turbo-compounding . Silniki turbosprężarki były szeroko stosowane jako silniki lotnicze zaraz po II wojnie światowej .

Silniki wysokoprężne z turbodoładowaniem są nadal używane w ciężarówkach i maszynach rolniczych.

Przykłady

Silnik lotniczy Napier Nomad turbo-compound , na którym widać turbinę poniżej. Podobną konfigurację wykorzystują współczesne złożone silniki ciężarówek i maszyn.
Mieszane silniki parowe

  • Schemat przekrojowy silnika parowego z poczwórnym rozprężaniem, przedstawiający cztery cylindry dwustronnego działania o rosnących rozmiarach

  • Schemat przedstawiający działanie silnika okrętowego z potrójnym rozprężaniem

  • Obcięty schemat instalacji okrętowej maszyny parowej z potrójnym rozprężaniem, ok. 1918 r

  • Związek silnika napędowego z jednego wysokociśnieniową cylindra i większym niskociśnieniowej stronie cylindra siebie na górnej części kotła. To była powszechna konfiguracja.

Zobacz też

Teoria

Wynalazcy i projektanci

Podobna technologia

Bibliografia