Корнуолловый механизм двигателя Корнуолл

Клапанный механизм открывает и закрывает клапаны в правильном порядке. В ротационных двигателях фазы газораспределения могут управляться эксцентриками или кривошипами , но в неротационных двигателях с балкой эти опции недоступны. В двигателе Cornish клапаны приводятся в действие либо вручную, либо через «штоки» и толкатели, приводимые в действие балкой. Это позволяет вводить задержки в различных точках цикла, позволяя двигателю Cornish изменяться от одного такта за десять минут до десяти и более тактов за одну минуту, ^{[1] : 72} , но также приводит к некоторым менее знакомым компонентам по сравнению с ротационными двигателями.

Двигатели Cornish большие, даже выпускной клапан на двигателе Cruquius имеет диаметр 26 дюймов. ^{[2] : 7} Чтобы ограничить трубопроводы и связи, имеет смысл разместить «положение водителя» рядом с цилиндром. Клапаны управляются тремя горизонтальными стержнями — или валами — установленными на раме. Они имеют ручки, чтобы качать их вперед и назад, управляя клапанами. ^{[3] : 163} Три вала управляют: Верхний вал: паровой клапан, Средний вал: равновесный клапан и Нижний вал: выпускной (также называемый «выпуском») и впрыскивающий (для конденсатора) клапаны. Клапаны утяжелены, чтобы удерживать их в открытом положении, либо с помощью грузов, подвешенных непосредственно к проушинам на валах, либо связанных через стержни с грузами, с педалями для регулировки, на полу внизу. ^[4] Перед осями, в положении, в котором они могут перемещать ручки вверх или вниз по мере необходимости, находятся один или два стержня-заглушки. ^{[5] : 83} Они движутся вместе с балкой, будучи соединены с параллельным движением, чтобы ограничить их вертикальным путем.

В отличие от паровозов, в двигателях Cornish Engines последовательность клапанов может управляться как автоматически, так и вручную. Двигатели Cornish Engines запускаются вручную и работают до тех пор, пока давление в цилиндре и вакуум конденсатора не станут достаточными для автоматического запуска машины. Поэтому положения клапанов должны определяться автоматически, но подлежать ручному изменению, и это приводит к появлению некоторых менее распространенных компонентов и механизмов. На изображении ниже показаны многие из этих элементов, а также их расположение и ориентация в двигателе.

Рукоятки (или рожки), прикрепленные к осям, вращают их и посредством различных рычагов и стержней открывают и закрывают клапаны. Стержни заглушек представляют собой два (или один, для некоторых двигателей) вертикальных стержня, прикрепленных через шестерню параллельного движения к балке. Помимо обеспечения удобного ручного управления, ручки могут перемещаться с помощью стержня(ей) заглушек, которые имеют небольшие выступы – толкатели – для захвата ручек. В случае паровой вала, где клапан необходимо удерживать в течение более длительного и переменного периода, толкатели принимают форму более длинных регулируемых стержней, прикрепленных к стержню заглушки. ^{[3] : 165}

Когда валы поворачиваются – перемещаемые ручками – они поворачивают квадранты (которые, несмотря на свое название, показанное на изображениях, не обязательно должны быть точно на 90 градусов). Их можно использовать для удержания клапанов закрытыми с помощью защелки (называемой также защелкой , [ ^{2] : 7} paul, ^{[3] : 165} защелкой или, в Корнуолле, рычагом scoggan ^[6] ). Квадрант освобождается, когда рычаг поднимается, обычно «катарактой» на полу ниже. Это гидравлическое устройство синхронизации, устанавливаемое толкателем на штоке заглушки, ударяющим по нему в нижней части внутреннего хода. ^{[5] : 88} После соответствующей задержки катаракта поднимает связанный с ней шток и петлю катаракты, которые, освобождая квадрант, позволяют валу и клапану двигаться. ^{[5] : 152} Катаракта имеет связанную винтовую резьбу, что позволяет изменять относительное время паровых и выхлопных событий, поскольку она медленно поднимается в конце каждого цикла. ^[7] В некоторых двигателях присутствует вторая катаракта, которая управляет переходом от внутреннего хода к наружному ходу аналогичным образом. ^{[5] : 129}

Даже при ручном управлении двигателем существуют ограничения на то, как можно настроить двигатель. Никогда не следует открывать одновременно выпускной и равновесный клапаны. Чтобы избежать этого, используется дополнительная пара квадрантов в качестве «блокирующих квадрантов». Они ориентированы так, что в закрытом положении они лежат почти соприкасаясь, позволяя любому из них перейти в открытое положение. ^{[3] : 165} Однако как только один открывается, он блокирует открытие другого. Обратите внимание, что Пол ^{[5] : 129} описывает более сложную систему толкателей и рычагов для достижения того же эффекта взаимной блокировки между выпускным и равновесным клапанами.

Вышеуказанные компоненты могут быть собраны в раму, что позволяет полностью запустить двигатель вручную или автоматически. Форма из трех валов относительно фиксирована, но, как можно увидеть на некоторых изображениях, существуют различия в положении различных компонентов вдоль них, количестве как штоков, так и катаракт, а также уровне применяемого орнамента.

Двигатель Cornish состоит из двух отдельных частей цикла ^{[5] : 125} – внутренний ход, где поршень опускается (обычно – двигатель Cruquius, упомянутый ниже, является одним из исключений) из верхней части цилиндра, и внешний ход, где он движется вверх. На внутреннем ходу штоку свечи зажигания необходимо закрыть паровые и выпускные клапаны, а на восходящем наружном ходе – равновесный клапан. Таким образом, первые два клапана сконструированы так, чтобы закрываться перемещением их ручек вниз, а равновесный клапан закрывается вверх.

Следующая таблица, основанная на Поле ^{[5] : 126–150} и Уинтоне ^{[3] : 165,} показывает полный цикл двигателя Cornish с различными действиями, выполняемыми клапанами. Она также показывает положения ручек для упрощения сравнения с видео таких двигателей. Открытые клапаны выделены.

Ранние двигатели с балкой приводились в действие прямым ручным управлением клапанами. Отсутствие коленчатых валов, которые ограничивают ход поршня, затрудняло это. Как сказал один автор ^[8] , «Вся эта точность также требовалась от наемного обслуживающего персонала четырнадцать раз в минуту, под угрозой полного уничтожения аппарата». Перед самоуничтожением двигателя должно было быть какое-то предупреждение, поскольку другой автор небрежно прокомментировал: «Удар, вызванный ударом захвата о блоки, служит для обслуживающего персонала намеком на то, что давление пара становится слишком высоким». ^{[5] : 82} Позже были добавлены более приземленные подходы, такие как колокола и, в конечном итоге, автоматические ограничивающие устройства.

Желание сделать механизм автоматическим – или самодействующим – привело через различные этапы к системе плунжер-стержень и толкатель, описанной выше. Это удовлетворительно управляет двигателем в устойчивом состоянии, но изменения давления пара или нагрузки все равно потребуют регулировки. ^{[2] : 8} Для запуска и остановки двигателя требуется вмешательство человека. Запуск является сложной задачей по нескольким причинам:

• Первоначально цилиндр холодный, и в конденсаторе нет вакуума. ^{[2] : 8} Это должно быть создано комбинацией собственного воздушного насоса двигателя и нескольких циклов поршня, заменяющего воздух паром. Затем двигатель «оживет» и будет вести себя нормально.
• Если в цилиндр попадет слишком много воды, двигатель может «затопить себя», заполнив водой воздушный насос и конденсатор. ^{[1] : 75}
• Ход поршня вниз (или наружу) приводится в действие падающим весом насоса, который затем заполняет ковши насоса. Первоначально насос не будет заправлен, что может привести к падению веса насоса и внешнему ходу поршня, происходящему гораздо быстрее, чем обычно. Чтобы уменьшить это, водитель ограничит открытие уравновешивающего клапана, чтобы замедлить движение поршня. ^[9]
• Если двигатель не делает достаточно больших ходов, он может неудовлетворительно управлять клапанным механизмом и катарактой, например, отказываясь «гаснуть» ^{[5] : 128}

Вот процедура запуска, описанная в 1863 году: ^[10]

Двигатель всегда запускается паром высокого давления без вакуума, паровой и выпускной катаракты ... закрепляются штифтом, так что задвижки клапанов не могут быть подняты катарактой. Регулирующий клапан открывается маховиком и винтом; выпускные и впрыскивающие клапаны открываются ручкой; а паровой клапан открывается путем помещения ноги в стремя на стержне. Таким образом, двигатель совершает внутренний ход, и после нескольких ходов создается вакуум, и двигатель регулируется на нужную длину хода регулирующим клапаном. Затем катаракта ... освобождается, так что она может освободить задвижки клапанов; и затем двигатель работает на желаемую длину хода, пока пар в котлах остается примерно под тем же давлением.

Остановка двигателя менее сложна, так как он находится в состоянии покоя в конце своего цикла (а также в середине для двух катарактных машин) до тех пор, пока не будет пробужден катарактой, которая поднимает стержень катаракты, поднимая защелки с вала(ов) квадранта. Катаракта приводится в движение не паровой силой, а падающим грузом, и может быть остановлена ​​небольшим усилием. Небольшого штифта (видимого на одном из изображений) через стержень катаракты достаточно, чтобы остановить его подъем и, таким образом, остановить двигатель.

Трехвалковая форма клапанного механизма относительно фиксирована, с индивидуальными вариациями в расположении и количестве компонентов. Некоторые двигатели (см. схему 55-дюймового двигателя Battersea) используют один катаракт для повторного запуска внутреннего хода, в то время как другие (например, двигатель Taylors в Pool) используют дополнительный, чтобы обеспечить задержку перед началом наружного хода. Это используется, например, в ^{[2] двигателе} Museum De Cruquius, чтобы дать время для заполнения ведер насоса. Более поздний вариант двигателя Cornish — двигатель Bull , который обходится без балки, имея цилиндр, установленный непосредственно над насосом, что приводит к значительным различиям в клапанном механизме. Как описывает один источник

Управлять двигателем Cornish beam достаточно сложно, но Bull — это совсем другой котелок рыбы. Не только цикл «перевернут» (такт пара вверх, а не вниз, и наоборот для такта равновесия), но и валы расположены в другом порядке (средний вал и нижний вал — выхлоп и равновесие, а не наоборот), а катаракта останавливает такт равновесия, а не рабочий ход.

—  https://www.geograph.org.uk/photo/3798302

Существуют также составные двигатели Cornish, которым неизбежно требуются дополнительные соединения для приведения в действие дополнительных клапанов, связывающих цилиндры. Андре ^[11] описывает один из них около Саарбрюккена с дополнительной балкой только для работы паровых распределительных клапанов. Двигатель Cruquius в Нидерландах сложен, будучи кольцевым соединением, и сконструирован «вверх ногами» ^{[2] : 11} оставляя выпускной клапан на уровне пола с паровым и равновесным клапаном на полу ниже. Тем не менее, он управляется теми же тремя валами в обычном порядке. ^[12]

Центральная роль валов клапанного механизма в работе двигателя Cornish также делает их подходящим местом для размещения других элементов управления. Они могут включать в себя клапаны регулятора для ограничения скорости потока входящего пара, настройки отключения, смазочные устройства и регулировки для изменения задержки, вызванной катарактой(ами).

• Корнуоллский двигатель
• Отрезать
• Клапанный механизм

• Великолепный паровой двигатель Крофтона 1812 года с аннотациями, показывающими движение клапанного механизма.
• Музей парового двигателя моста Кью — 90-дюймовый паровоз Cornish Beam от Гранд-Джанкшен. Демонстрирует запуск двигателя.