Войти
Нижняя камера катаракты Elsecar Engine A была устройством регулирования скорости, используемым на ранних этапах одностороннего действия пучковые двигатели, в частности атмосферные двигатели и двигатели Корниш.
Катаракта существенно отличается от центробежного регулятора тем, что контролировать не скорость хода двигателя, а время между тактами.
Катаракта, c. 1875 Типичная установка домовой балочной машины занимала четыре этажа. Цилиндр и обычное рабочее положение машиниста располагались в «нижней камере», примерно на уровне земли. Выше этого была «средняя камера» с верхней крышкой цилиндра и «верхним соплом» (верхняя распределительная коробка), а над ней - «верхняя камера» или балочная камера. Катаракта была расположена в самой нижней части машинного отделения, в камере под нижней камерой, вместе с выхлопной трубой. Доступ к этому пространству был затруднен, и его не посещали при нормальной работе.
Клапанный механизм, рожки и валы насосной станции Крофтон Клапанный механизм (или «рабочий механизм») двигателя Ньюкомена или Корниша основан на штоке плунжера. Это вертикальный шток, подвешенный к балке и движущийся параллельно поршню. К этой штанге прикреплены регулируемые толкатели. Эти толкатели ударяют по длинным изогнутым железным рычагам или «рогам», которые закреплены на трех горизонтальных валах или «осях». Каждая беседка приводит в действие один из клапанов двигателя. Для циклов Корнуолла эти клапаны представляют собой верхний вход пара в верхнюю часть цилиндра, уравновешивающий клапан, который связывает верхнюю и нижнюю части цилиндра, а также нижние выпускные клапаны и клапаны впрыска конденсированной воды, которые совместно используют беседка. В отличие от большинства других паровых двигателей, эти двигатели могут работать с перерывами: совершая один ход перед остановкой и ожидая повторного запуска клапанов. Скорость каждого рабочего такта или «выхода в закрытое пространство» была особенностью двигателя, и ее было нелегко изменить, но для двигателей не было необходимости работать непрерывно, ход за ходом. Это было прямым контрастом двигателя с вращающейся балкой и роторной природы почти всех других паровых двигателей. В первоначальном цикле Ньюкомена скорость обратного хода варьировалась в зависимости от давления в котле, хотя это по-прежнему не влияло на силу или скорость рабочего хода.
Использование катаракты могло позволить двигателю быть работал только на трети своей неуправляемой скорости. Когда насосная нагрузка была переменной, катаракта также могла быть подключена и отключена по мере необходимости, позволяя двигателю работать на полной скорости в течение определенного периода, а затем останавливаться между ними.
Сама катаракта напоминала небольшой плунжерный насос . Это был железный ящик в цистерне, наполненной водой, с плунжером или поршнем, установленным наверху и прижатым вниз грузом. Вода внутри насоса могла выйти только через небольшой кран или клапан. По мере того, как плунжер постепенно опускался, его движение посредством качающегося рычага и стержня передавалось вверх к распределителю в средней камере. Как только шток поднялся достаточно, это открыло первый клапан, чтобы пропустить пар в верхнюю часть цилиндра, начиная новый ход.
Как только ход начался, качающийся рычаг катаракты толкался вниз двигателем.. Это подняло плунжер, который действовал как всасывающий насос внутри катаракты, чтобы наполнить плунжерную коробку через откидной клапан из окружающей цистерны. Цистерна поддерживалась наполненной водой насосом, от которого работал сам двигатель.
Клапан выпуска воды управлялся стержнем из нижней камеры. Это использовалось водителем двигателя для управления рабочей скоростью в соответствии с требуемой работой.
У исполнительного стержня катаракты также был винтовой регулятор, который действовал для изменения времени впрыска воды (Ньюкомен) или фазирования между впускной и выпускной клапаны (Корнуолл). Это можно было бы использовать для увеличения времени конденсации и повышения ее эффективности, если бы вода для конденсации была теплой, как летом. Эта регулировка, похоже, плохо понималась и мало использовалась машинистами.
Катаракта впервые появилась на двигателях Newcomen в Корнуолле, хотя их изобретатель неизвестен. Они были известны во времена Смитона, и они могут быть еще одним из разработок двигателя Ньюкомена, за который он отвечал. Джеймс Уотт столкнулся с ними во время своей поездки в Корнуолл в 1777 году. Они были более простого типа, эти ранние катаракты или «домкрат в коробке» представляли собой простую акробатическую коробку: деревянный ящик на опоре наполнялся водой через регулируемый кран. Когда коробка была заполнена достаточно, чтобы иметь перевес, сработал клапан впрыска двигателя.
Бултон и Ватт использовали простую конструкцию акробатической камеры катаракты в течение нескольких лет после этого, примерно до 1779 года. После этого были использованы другие конструкции, в том числе водная катаракта, в которой использовалась та же самая вода. и непрерывно рециркулирует, а также воздушную катаракту с использованием круглого сильфона. Воздушная катаракта этого типа была поставлена для. Плунжерный насос для лечения катаракты появился в Корнуолле к 1785 году, но не был изобретением Уатта.
Термин «катаракта» стал синонимом dashpot, по крайней мере, там, где это было связано с паровыми машинами и их регуляторами. Они использовались в качестве демпфирующего устройства, чтобы избежать чрезмерной чувствительности центробежных регуляторов.
Катаракта также использовалась в качестве предохранительного устройства от превышения скорости для водяных насосов прямого действия. Между штоком поршня насоса и катарактой, отрегулированной на нормальную рабочую скорость насоса, помещали качели или рычаг «дифференциала». Если насос внезапно ускоряется из-за разрыва насоса или чего-либо подобного, поршень преодолеет катаракту, и действие рычага дифференциала закроет впускной клапан пара насоса и остановит насос, что ограничит возможное повреждение.
Катаракта, как и большинство регуляторов, является примером сервомеханизма. Однако в отличие от более известного центробежного регулятора Watt, это разомкнутый контур, а не замкнутый контур. Катаракта движется со своей скоростью, но не измеряет результирующую скорость двигателя. Катаракту также называют «водяными часами». Это предполагает, что взаимосвязь между работой катаракты и скоростью двигателя является фиксированной, что является допустимым предположением для лучевого двигателя, поскольку катаракта управляет синхронизацией хода двигателя, а не регулируемой мощностью или дроссельной заслонкой. Когда регулятор управляет такой дроссельной заслонкой, как в случае регулятора Ватта, скорость двигателя зависит от сложной и непредсказуемой зависимости между нагрузкой двигателя, положением клапана и изменяющимся КПД двигателя. Такие регуляторы должны использовать управление с обратной связью, если они хотят поддерживать эффективное и точное регулирование.
Одним из преимуществ независимой и разомкнутой природы управления катарактой было то, что два двигателя можно было настроить для работы синхронно, но в противофазе. С насосными двигателями это давало более равномерную производительность их перекачки.
Хотя центробежный регулятор уже был известен по его использованию для воды. и ветряные мельницы, только в 1788 году Ватт первым применил его в паровой машине. Это был «Lap Engine », ранний роторный двигатель, который сейчас хранится в Музее науки в Лондоне.
. Для роторного двигателя необходимо было контролировать скорость, с которой двигатель перемещался по всему телу. его ход, а не просто изменение времени между ударами. Это потребовало использования дроссельной заслонки в системе подачи пара, управляемой регулятором. Поскольку нагрузка на мельничные двигатели и аналогичные применения может изменяться, также требовалось регулирование с обратной связью, такое как центробежный регулятор частоты вращения двигателя. Таким образом, катаракта не использовалась на ротационных двигателях, даже там, где в Корнуолле все еще использовались односторонние винтовые двигатели Корнуолла.
Двигатели Корнуолла не поддавались управлению с помощью дроссельной заслонки, поскольку их рабочий цикл зависел от время конденсации больше, чем при дросселировании подачи пара. также не было простых средств управлять центробежным регулятором. По этим причинам катаракта оставалась в эксплуатации столько же, сколько и двигатель Корнуолла.
Портал Корнуолла 