Sammansatt motor

Wright R-3350 Duplex-Cyclone turbosammansatt motor
Bavarian S 3/6 sammansatt lokomotiv , som visar de två högtryckscylindrarna monterade centralt i ramen och de två lite större lågtryckscylindrarna på vardera sidan

En sammansatt motor är en motor som har mer än ett steg för att återvinna energi från samma arbetsvätska , där avgaserna från det första steget passerar genom det andra steget, och i vissa fall sedan vidare till ett annat efterföljande steg eller till och med steg. Ursprungligen uppfanns som ett sätt att göra ångmotorer mer effektiva, sammansättningen av motorer med hjälp av flera steg har också använts på förbränningsmotorer och fortsätter att ha nischmarknader där.

Stadierna i en sammansatt motor kan vara antingen av olika eller liknande teknologier, till exempel:

  • I en turbosammansatt motor passerar avgaserna från cylindrarna genom en turbin, de två stegen är olika .
  • I ett sammansatt ånglok passerar ångan från högtryckscylindern eller högtryckscylindrarna till lågtryckscylindern eller lågtryckscylindrarna, de två stegen är likartade.
  • I en trippelexpansionsångmaskin passerar ångan genom tre på varandra följande cylindrar med ökande storlek och minskande tryck. Sådana motorer var de vanligaste marinmotorerna under ångans guldålder.

Dessa exempel och sammansatta turbiner är de huvudsakliga men inte de enda användningsområdena för sammansättning i motorer, se nedan.

Terminologi

En sammansatt motor använder flera steg för att producera sin produktion.

Inte alla motorer som använder flera steg kallas sammansatta motorer . I synnerhet om en motor använder ett senare skede enbart för att extrahera energi från avgaserna för något annat ändamål, och särskilt för turboladdning , kallas det inte en sammansatt motor . På liknande sätt skulle föreslagna motorer som använder en fri kolvmotor för att driva en turbin inte kallas sammansatta motorer , eftersom endast det andra steget producerar uteffekt.

Men om en turbosammansatt motor också överladdas genom att mata tillbaka en del av axelkraften till överladdaren, som i vissa flygplansmotorer, är det fortfarande en sammansatt motor. Användningen av termerna supercharged och turbosupercharged har varierat med tiden, till exempel beskrev tillverkarna av Wright R-3350 Duplex-Cyclone compound-motorn den på den tiden som turbosupercharged . Det är dock en sammansatt motor, och en liknande motor som tillverkas idag skulle beskrivas som överladdad snarare än turboladdad .

Termen sammansättning är lite mindre restriktiv än sammansatt motor . Stora sammansatta turbiner är en tillämpning av sammansättning, liksom de flera raderna av blad som används i många gasturbiner , men ingen av dem kallas normalt för en sammansatt motor. De flera uppsättningarna av blad i en enda turbin är kanske bättre tänkt att i princip likna uniflow-ångmaskinen än att kompoundera. Till skillnad från uniflow-ångmaskinen, som endast har funnit nischanvändning, har flerradiga turbiner fått enorm praktisk tillämpning.

En motor som inte använder blandning kallas en enkel motor , särskilt i fallet med ett ånglok , eller mer exakt som en enkel expansionsmotor , särskilt i fallet med en marin ångmotor .

Observera dock att i fallet med vilken ångmaskin som helst , kan enkel motor också användas för att betyda en som inte använder en kondensor för att generera undertryck och på så sätt förbättra effektiviteten. Användning av separata kondensorer för detta ändamål är en av nyckelfunktionerna som skiljer Watt-ångmaskinen från 1765 från Newcomen-ångmaskinen från 1712.

Ingen tvetydighet uppstår i fallet med ett ånglok, eftersom kondensorn i ett kondenserande ånglok inte är till för att öka effektiviteten, och kan till och med minska effektiviteten för att spara vatten och minska utsläppen. Så till exempel Metropolitan Railway A Class är på alla sätt ett enkelt lokomotiv trots sina kondensorer, och termen enkel motor som tillämpas på ånglok betyder alltid i praktiken en som inte använder blandning, återigen oavsett dess användning av kondensorer. Termerna enkel expansionslok och enkel expansionsmotor används ibland för lokomotiv för att avlägsna eventuell förvirring.

Historia

Ånga

Woolf compound beam motor , 1858, med de ljusa hög- och lågtryckscylindrarna tydligt synliga

De äldsta exemplen på sammansatta motorer är sammansatta ångmaskiner . År 1805 patenterade Arthur Woolf Woolfs högtrycksblandningsmotor som använde denna princip.

Compounding användes särskilt på stationära ångmotorer , marina ångmotorer och på några men inte alls alla ånglok från 1850-talet, särskilt men inte bara i kontinentala Europa.

Trestegs eller trippelexpansion fram- och återgående ångmotorer, med tre cylindrar med ökande borrning i linje, var särskilt populära för framdrivning av ångfartyg . "Doktorn" Alexander Carnegie Kirk , monterade experimentellt sin första trippelexpansionsmotor till ett skepp som heter Propontis 1874. År 1881 installerade Kirk en förfinad version av sin motor i SS Aberdeen på Clydeside , Skottland . Detta fartyg visade fördelarna med kraft och ekonomi hos den nya motorn, i kommersiell trafik mellan Storbritannien och Fjärran Östern . Det första krigsfartyget som var så utrustat var det spanska krigsfartyget Destructor , som också byggdes på Clydeside, och den första motorn av denna typ som användes i fartyg från Royal Navy designades av J. W. Reed, som också skapade Reed-vattenrörspannan . Andra flottor och kommersiella redare följde snart efter. Fyrstegs, eller fyrfaldiga, expansionsmotorer användes också.

Flera klasser av ånglok har funnits i både enkel och sammansatt form, oftast när lok som ursprungligen byggdes som sammansatta omvandlades till enkla för att få kraft på bekostnad av effektivitet, till exempel majoriteten av NZR X- klassen . Andra omvandlingar innebar omformning av detaljerna i sammansättningen, till exempel modifierades många sammansatta lokomotiv designade av Alfred de Glehn och toppmoderna i sin tid av André Chapelon för att använda hans senare schema.

Inre förbränning

Försök har gjorts att bygga sammansatta förbränningsmotorer med högtrycks- och lågtryckscylindrar men dessa har inte haft någon större framgång. Exempel inkluderar: Deutz 1879, Forest-Gallice 1888, Connelly 1888, Diesel 1897, Bales 1897, Babled 1903, Butler 1904, Eisenhuth 1904-7, Abbot 1910.

På senare tid har turbokompoundering tillämpats på förbränningsmotorer . Turbosammansatta motorer användes i stor utsträckning som flygplansmotorer omedelbart efter andra världskriget .

Dieselturbosammansatta motorer används fortfarande i lastbilar och jordbruksmaskiner.

Exempel

Napier Nomad turbo-sammansatt flygplansmotor , visar turbinen nedan. Moderna sammansatta lastbils- och maskinmotorer använder en liknande konfiguration.
Sammansatta ångmaskiner
  • Cutaway diagram of a quadruple-expansion steam engine, showing four double-acting cylinders of increasing size

    Utskuret diagram av en fyrdubbelexpansionsångmaskin, som visar fyra dubbelverkande cylindrar av ökande storlek

  • Diagram showing the operation of a triple-expansion marine engine

    Diagram som visar driften av en trippelexpansion marinmotor

  • Cut away diagram of a triple expansion marine steam engine installation, circa 1918

    Utskuret diagram över en trippelexpansion marin ångmotorinstallation, cirka 1918

  • Compound traction engine with a single high-pressure cylinder and a larger low-pressure cylinder side by side on top of the boiler. This was a common configuration.

    Sammansatt dragmotor med en enkel högtryckscylinder och en större lågtryckscylinder sida vid sida ovanpå pannan. Detta var en vanlig konfiguration.

Se även

Teori

Uppfinnare och designers

Liknande teknik

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Compound_engine&oldid=1047713458 "