محرك بخاري مركب

وحدة المحرك البخاري المركب هي نوع من المحركات البخارية حيث يتمدد البخار على مرحلتين أو أكثر. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} في الترتيب النموذجي للمحرك المركب، يتمدد البخار أولاً في أسطوانة عالية الضغط ، ثم بعد أن يفقد الحرارة والضغط، يُصرّف مباشرةً إلى أسطوانة أو أكثر منخفضة الضغط ذات حجم أكبر. تستخدم محركات التمدد المتعدد أسطوانات إضافية، ذات ضغط أقل تدريجيًا، لاستخلاص المزيد من الطاقة من البخار. ^{[ 3 ]}

تم اختراع هذه التقنية في عام 1781، وتم استخدامها لأول مرة في محرك شعاع كورنيش في عام 1804. وفي حوالي عام 1850، تم إدخال المحركات المركبة في مصانع النسيج في لانكشاير .

أنظمة المركبات

توجد العديد من الأنظمة والتكوينات المركبة، ولكن هناك نوعان أساسيان، وفقًا لكيفية تزامن أشواط مكابس الضغط العالي والمنخفض، وبالتالي ما إذا كان عادم الضغط العالي قادرًا على المرور مباشرة من الضغط العالي إلى الضغط المنخفض ( مركبات وولف ) أو ما إذا كان تذبذب الضغط يستلزم وجود مساحة "عازلة" وسيطة على شكل صندوق بخار أو أنبوب يُعرف باسم خزان الاستقبال ( مركبات الاستقبال ). ^{[ 4 ]}

في محرك بخاري أحادي التمدد (أو "بسيط")، يدخل البخار عالي الضغط إلى الأسطوانة عند ضغط الغلاية عبر صمام مدخل. يدفع ضغط البخار المكبس إلى أسفل الأسطوانة حتى يُغلق الصمام (مثلاً بعد 25% من شوط المكبس). بعد انقطاع إمداد البخار، يستمر البخار المحصور في التمدد، دافعًا المكبس إلى نهاية شوطه، حيث يُفتح صمام العادم ويطرد البخار المستنفد جزئيًا إلى الغلاف الجوي أو إلى مكثف. يسمح هذا " الانقطاع " باستخلاص طاقة أكبر بكثير، لأن تمدد البخار يُنجز طاقة إضافية تتجاوز تلك التي يُنجزها البخار عند ضغط الغلاية. ^{[ 5 ]}

يؤدي قطع التمدد مبكرًا إلى زيادة نسبة التمدد، مما يسمح نظريًا باستخلاص المزيد من الطاقة ويرفع الكفاءة. من الناحية المثالية، يتمدد البخار تمددًا أديباتيًا ، وتنخفض درجة حرارته بما يتناسب مع زيادة حجمه. مع ذلك، عمليًا، تعمل مادة الأسطوانة المحيطة كمستودع حراري، فتبرد البخار في الجزء الأول من التمدد وتسخنه في الجزء الأخير. تُقلل هذه التدفقات الحرارية غير العكوسة من كفاءة العملية، بحيث أن زيادة نسبة التمدد بعد حد معين ستؤدي في الواقع إلى انخفاض الكفاءة، بالإضافة إلى انخفاض متوسط الضغط الفعال ، وبالتالي قدرة المحرك. ^{[ 5 ]}

محركات المزج

ابتكر المهندس البريطاني آرثر وولف حلاً لهذه المعضلة عام 1804 ، وحصل على براءة اختراع محركه المركب عالي الضغط عام 1805. في هذا المحرك، يتمدد البخار عالي الضغط الخارج من المرجل أولاً في أسطوانة الضغط العالي، ثم يدخل إلى أسطوانة أو أكثر من أسطوانات الضغط المنخفض. ويحدث التمدد الكامل للبخار عبر عدة أسطوانات، وبما أن التمدد أقل في كل أسطوانة، فإن البخار يبرد بشكل أقل فيها، مما يجعل نسب التمدد العالية عملية، ويزيد من كفاءة المحرك.

هناك مزايا أخرى: نظرًا لصغر نطاق درجة الحرارة، يقل تكثف البخار داخل الأسطوانة. ويقتصر الفقد الناتج عن التكثف على أسطوانة الضغط المنخفض. كما يقل فرق الضغط في كل أسطوانة، مما يقلل من تسرب البخار عند المكبس والصمامات. ويكون عزم الدوران أكثر انتظامًا، مما يُسهّل عملية الموازنة، ويُتيح استخدام دولاب موازنة أصغر. ولا يلزم سوى بناء أسطوانة الضغط العالي الأصغر حجمًا لتحمّل أعلى ضغط، مما يُقلل الوزن الإجمالي. وبالمثل، تتعرض المكونات لإجهاد أقل، مما يسمح بتصنيعها بأخف وزنًا. وتكون الأجزاء المترددة للمحرك أخف وزنًا، مما يُقلل من اهتزازات المحرك. ويمكن بدء تشغيل المحرك المركب في أي نقطة من الدورة، وفي حالة حدوث عطل ميكانيكي، يمكن إعادة ضبطه ليعمل كمحرك بسيط، وبالتالي يستمر في العمل. ^{[ 4 ]}

يتطلب الحصول على نفس القدر من العمل من بخار ذي ضغط منخفض حجم أسطوانة أكبر، لأن هذا البخار يشغل حجمًا أكبر. لذلك، يتم زيادة قطر الأسطوانة، وفي حالات نادرة شوط المكبس أيضًا، في أسطوانات الضغط المنخفض، مما ينتج عنه أسطوانات أكبر حجمًا.

تُمدد محركات التمدد المزدوج (المعروفة عادةً باسم "المركبة") البخار على مرحلتين، ولكن هذا لا يعني بالضرورة أن جميع هذه المحركات تحتوي على أسطوانتين. فقد تحتوي على أربع أسطوانات تعمل كزوجين من الضغط المنخفض والعالي، أو يمكن توزيع عمل أسطوانة الضغط المنخفض الكبيرة على أسطوانتين أصغر، حيث تُصرف إحدى أسطوانات الضغط العالي البخار إلى إحدى أسطوانتي الضغط المنخفض، مما يُعطي تصميمًا ثلاثي الأسطوانات حيث يكون قطر الأسطوانة والمكبس متقاربًا في جميع الأسطوانات الثلاث، مما يُسهل موازنة الكتل المترددة.

يمكن ترتيب المركبات ذات الأسطوانتين على النحو التالي:

المركب المتقاطع - الأسطوانات متجاورة
المحرك المركب المزدوج – الأسطوانات متصلة من طرف إلى طرف، وتدفع قضيب توصيل مشترك.
مركب تلسكوبي – الأسطوانات متداخلة
المحرك المركب الزاوي – تُرتّب الأسطوانات على شكل حرف V (عادةً بزاوية 90 درجة) وتُحرّك عمود مرفقي مشترك. ^[^{توقيت الأسطوانات}^]

انتشر استخدام تقنية المزج على نطاق واسع في الوحدات الصناعية الثابتة التي تتطلب زيادة القدرة بتكلفة أقل، وأصبح شبه شامل في محركات السفن بعد عام 1880. لم تُستخدم هذه التقنية على نطاق واسع في قاطرات السكك الحديدية، حيث كان يُنظر إليها غالبًا على أنها معقدة وغير مناسبة لبيئة تشغيل السكك الحديدية القاسية والمساحة المحدودة التي يوفرها مقياس التحميل (خاصة في بريطانيا). لم تكن تقنية المزج شائعة في السكك الحديدية البريطانية ، ولم تُستخدم إطلاقًا بعد عام 1930، ولكنها استُخدمت بشكل محدود في العديد من البلدان الأخرى. ^{[ 6 ]}

حدثت أول محاولة ناجحة لتحليق طائرة ثابتة الجناحين أثقل من الهواء باستخدام الطاقة البخارية فقط في عام 1933، عندما قام جورج وويليام بيسلر بتحويل طائرة ترافل إير 2000 ذات السطحين لتطير بمحرك بخاري ثنائي الأسطوانات على شكل حرف V بزاوية مركبة بقوة 150 حصانًا من تصميمهما الخاص، بدلاً من محرك كورتيس OX-5 المعتاد الذي يعمل بالبنزين والمخصص للطائرات والذي كان سيُستخدم عادةً. ^{[ 7 ]}^{[ 8 ]}

محركات التوسع المتعدد

يُعدّ تقسيم عملية التمدد إلى مراحل إضافية لزيادة الكفاءة امتدادًا منطقيًا للمحرك المركب (الموصوف أعلاه). والنتيجة هي محرك التمدد المتعدد . تستخدم هذه المحركات إما ثلاث أو أربع مراحل تمدد، وتُعرف بمحركات التمدد الثلاثي والرباعي على التوالي. تستخدم هذه المحركات سلسلة من الأسطوانات مزدوجة الفعل ذات قطر و/أو شوط متزايدين تدريجيًا، وبالتالي حجم متزايد. صُممت هذه الأسطوانات لتقسيم العمل إلى ثلاثة أو أربعة أجزاء متساوية، جزء لكل مرحلة تمدد. تُظهر الصورة المجاورة رسمًا متحركًا لمحرك التمدد الثلاثي. يمر البخار عبر المحرك من اليسار إلى اليمين. يقع صندوق الصمامات لكل أسطوانة على يسار الأسطوانة المقابلة لها.

تاريخ

الأعمال المبكرة

1781 - حصل جوناثان هورنبلوور ، حفيد أحد مُركّبي محركات نيوكومن في كورنوال، على براءة اختراع لمحرك ذي أسطوانتين مركبتين يعمل بتردد في عام 1781. وقد مُنع من تطويره أكثر من قبل جيمس وات ، الذي ادعى أن براءات اختراعه الخاصة قد تم انتهاكها. ^[⁹^]
1797 – قام ريتشارد تريفيتيك بتطوير محرك بخاري عالي الضغط فعال. ^[¹⁰^]
١٨٠٤ - طوّر آرثر وولف محرك وولف المركب عالي الضغط الثابت ، وحصل على براءة اختراعه عام ١٨٠٥. قلّل محرك وولف من الزيادة الكبيرة في التسخين والتبريد المستمر لمحرك البخار عالي الضغط أحادي التمدد، والذي يؤدي إلى انخفاض الكفاءة. كما حلّ مشكلة عدم قدرة أسطوانات الحديد الزهر المستخدمة آنذاك على تحمّل ذلك بكفاءة.

التوسع المزدوج

١٨٣٣ - تم تعديل قاطرة هرقل البخارية ذات المجداف (١٨٢٩) لتستخدم أسطوانة ضغط منخفض للغاية، مأخوذة من الباخرة أغريبينا ، مع البخار من أسطوانات الضغط العالي الخاصة بها. صمم هذا التعديل المهندس الهولندي غيرهارد موريتز رونتجن ، ^[^١١^] مما جعله مخترع المحرك البخاري المركب البحري. ثم استُخدمت هرقل بنجاح في الخدمة على نهر فال ، ^[^١٢^] لتصبح أول سفينة بمحرك بخاري مركب تدخل الخدمة. ^[^١٣^]
في عام 1845 ، ابتكر ويليام ماكنوت طريقةً لتثبيت أسطوانة ضغط عالٍ إضافية داخل محرك شعاعي قائم. تطلّب ذلك استخدام أنبوب طويل لتوصيل الأسطوانتين، ومجموعة إضافية من الصمامات لموازنتهما. وقد عمل هذا الأنبوب فعليًا كصندوق استقبال، وبذلك تم ابتكار نوع جديد من المحركات المركبة. أتاح هذا النظام تحكمًا أكبر في مدخل البخار ونقاط القطع. يمكن إبطاء المحرك إما عن طريق صمام خانق يقلل ضغط البخار، أو عن طريق ضبط نقطة القطع في أي من الأسطوانتين. وكانت الطريقة الأخيرة أكثر كفاءةً لعدم فقدان الطاقة. كما كانت الدورة أكثر سلاسةً لأن الأسطوانتين لم تكونا متزامنتين. ^[¹⁴^]
١٨٦٥ - تم تدشين السفينة إس إس أجاممنون (١٨٦٥) ، وهي مزودة بمحرك بخاري مركب بقوة ٣٠٠ حصان . صمم المحرك ألفريد هولت ، أحد مالكيها. أقنع هولت مجلس التجارة بالسماح بضغط غلاية يبلغ ٦٠ رطلًا لكل بوصة مربعة بدلًا من الضغط المعتاد البالغ ٢٥ رطلًا لكل بوصة مربعة ، إذ كان الضغط الأعلى ضروريًا لتحقيق مزايا التمدد المزدوج. مكّنت الكفاءة المُحققة هذه السفينة من قطع مسافة ٨٥٠٠ ميل قبل التزود بالفحم ، مما جعلها قادرة على المنافسة على خطوط الملاحة بين الصين وبريطانيا. ^[^١٥^]^[^١٦^]^[^١٧^]

التوسع المتعدد

1861 – حصل دانيال آدمسون على براءة اختراع لمحرك متعدد التمدد، بثلاث أسطوانات أو أكثر متصلة بذراع أو عمود مرفقي واحد. وقد بنى محركًا ثلاثي التمدد لمطاحن فيكتوريا في دوكينفيلد، والتي افتتحت عام 1867. ^[¹⁸^]
1871 - قام تشارلز نورماند، من لو هافر، بتركيب محرك ثلاثي التمدد على قارب نهري في نهر السين في عام 1871. ^[¹⁸^]
1872 – أفاد السير فريدريك ج. برامويل أن المحركات البحرية المركبة، التي تعمل بضغط يتراوح بين 45 و60 رطل لكل بوصة مربعة، تستهلك من 2 إلى 2.5 رطل من الفحم في الساعة لكل حصان محدد. ^[¹⁸^]
في عام 1881 ، بنى ألكسندر كارنيجي كيرك السفينة إس إس أبردين ، وهي أول سفينة كبيرة تعمل بنجاح بمحرك ثلاثي التمدد. ^[¹⁹^] اعتمد النجاح على حل مشكلة تصميم غلاية قادرة على العمل عند الضغوط العالية (آنذاك) اللازمة لتحقيق فوائد التمدد الثلاثي. ^[²⁰^]^:^106-111
1887 – تم إطلاق السفينة الحربية إتش إم إس فيكتوريا ، وهي أول سفينة حربية تعمل بمحركات ثلاثية التمدد. ^[²¹^]
1891 - استهلكت محركات السفن المركبة ثلاثية التمدد، التي تعمل بضغط 160 رطل لكل بوصة مربعة، في المتوسط حوالي 1.5 رطل من الفحم في الساعة لكل حصان محدد. ^[¹⁸^]

التطبيقات

محركات الضخ

محركات المطاحن

على الرغم من أن المطاحن الأولى كانت تعمل بالطاقة المائية ، إلا أنه بمجرد اعتماد المحركات البخارية، لم يعد المصنع بحاجة إلى وضع المطاحن بالقرب من المياه الجارية. تطلب غزل القطن مطاحن أكبر حجمًا لتلبية الطلب، مما دفع أصحابها إلى طلب محركات ذات قدرة أكبر. عندما تجاوز ضغط الغلاية 60 رطلًا لكل بوصة مربعة، حققت المحركات المركبة ميزة ديناميكية حرارية، ولكن المزايا الميكانيكية لشوطها الأكثر سلاسة كانت العامل الحاسم في اعتمادها. في عام 1859، بلغ إجمالي قدرة المحركات في مطاحن منطقة مانشستر 75,886 حصانًا هجينًا ^{( ihp )} ، منها 32,282 حصانًا هجينًا وفرتها المحركات المركبة، على الرغم من أن 41,189 حصانًا هجينًا فقط تم توليدها من غلايات تعمل بضغط يزيد عن 60 رطلًا لكل بوصة مربعة. ^{[ 22 ]}

بشكل عام، بين عامي 1860 و1926، كانت جميع مطاحن لانكشاير تعمل بمحركات مركبة. وكان آخر محرك مركب تم بناؤه من قبل شركة باكلي وتايلور لمطحنة واي رقم 2 في شو . كان هذا المحرك بتصميم مركب متقاطع بقدرة 2500 حصان، يدير دولاب موازنة بطول 24 قدمًا ووزن 90 طنًا، واستمر في العمل حتى عام 1965. ^{[ 23 ]}

التطبيقات البحرية

في البيئة البحرية، كان الشرط الأساسي هو الاستقلالية وزيادة مدى التشغيل، نظرًا لاحتياج السفن إلى حمل إمداداتها من الفحم. ولذلك، لم يعد المرجل القديم الذي يعمل بمياه البحر كافيًا، وكان لا بد من استبداله بدائرة مغلقة من المياه العذبة مزودة بمكثف. وكانت النتيجة، بدءًا من عام 1880، ظهور محرك التمدد المتعدد الذي يستخدم ثلاث أو أربع مراحل تمدد ( محركات التمدد الثلاثي والرباعي ). استخدمت هذه المحركات سلسلة من الأسطوانات مزدوجة الفعل ذات قطر و/أو شوط متزايد تدريجيًا (وبالتالي حجم متزايد)، مصممة لتقسيم العمل إلى ثلاثة أو أربعة أجزاء متساوية، حسب الاقتضاء، لكل مرحلة تمدد. وعندما تكون المساحة محدودة، يمكن استخدام أسطوانتين أصغر حجمًا بحجم إجمالي كبير لمرحلة الضغط المنخفض. عادةً ما كانت أسطوانات محركات التمدد المتعدد مرتبة في خط مستقيم، ولكن تم استخدام تشكيلات أخرى متنوعة. في أواخر القرن التاسع عشر، تم استخدام "نظام" التوازن يارو-شليك-تويدي في بعض محركات التمدد الثلاثي البحرية. قسمت محركات Y-S-T مراحل التمدد منخفضة الضغط بين أسطوانتين، واحدة في كل طرف من المحرك. سمح هذا بتوازن أفضل لعمود المرفق، مما أدى إلى محرك أكثر سلاسة واستجابة أسرع، ويعمل باهتزاز أقل. جعل هذا المحرك ثلاثي التمدد ذو الأربع أسطوانات شائعًا في سفن الركاب الكبيرة (مثل فئة أولمبيك )، ولكنه استُبدل في النهاية بالتوربين البخاري الخالي تقريبًا من الاهتزاز .

كان تطوير هذا النوع من المحركات بالغ الأهمية لاستخدامه في السفن البخارية، إذ كان من الممكن استعادة المياه المُصرّفة إلى مكثف لتغذية المرجل الذي لم يكن قادرًا على استخدام مياه البحر . أما المحركات البخارية البرية، فكانت قادرة على تصريف معظم بخارها، نظرًا لتوافر مياه التغذية عادةً. قبل وأثناء الحرب العالمية الثانية ، هيمن محرك التمدد على التطبيقات البحرية التي لم تكن فيها السرعة العالية للسفن ضرورية. ثم حلّت محله التوربينات البخارية عندما كانت السرعة مطلوبة، كما هو الحال في السفن الحربية وسفن الركاب . وكانت سفينة إتش إم إس دريدنوت، التي بُنيت عام 1905، أول سفينة حربية رئيسية تستبدل تقنية المحرك الترددي المُثبتة بالتوربينات البخارية الحديثة آنذاك.

تطبيق على قاطرات السكك الحديدية

بالنسبة لتطبيقات قاطرات السكك الحديدية، كانت الفائدة الرئيسية المرجوة من التركيب هي الاقتصاد في استهلاك الوقود والمياه بالإضافة إلى نسبة عالية من الطاقة / الوزن بسبب انخفاض درجة الحرارة والضغط الذي يحدث على مدار دورة أطول، مما يؤدي إلى زيادة الكفاءة؛ وشملت المزايا الإضافية المتصورة عزم دوران أكثر انتظامًا.

على الرغم من أن تصاميم القاطرات المركبة قد تعود إلى براءة اختراع جيمس صموئيل عام 1856 لـ"قاطرة التمدد المستمر"، ^{[ 24 ]} إلا أن التاريخ العملي لتركيب القاطرات في السكك الحديدية يبدأ بتصاميم أناتول ماليه في سبعينيات القرن التاسع عشر. وقد شُغّلت قاطرات ماليه في الولايات المتحدة حتى نهاية عصر القطارات البخارية الرئيسية بواسطة شركة نورفولك وويسترن للسكك الحديدية . كما شهدت تصاميم ألفريد جورج دي غلين في فرنسا استخدامًا واسعًا، لا سيما في عمليات إعادة بناء قاطرة أندريه شابيلون . جُرّبت مجموعة متنوعة من التصاميم المركبة حوالي عام 1900، لكن معظمها لم يدم طويلًا نظرًا لتعقيدها وصعوبة صيانتها. في القرن العشرين، انتشر استخدام المُسخّن الفائق على نطاق واسع، وأصبحت الغالبية العظمى من قاطرات البخار تعمل بنظام التمدد البسيط (مع تحويل بعض القاطرات المركبة إلى نظام التمدد البسيط). أدرك المهندسون أن القاطرات التي تعمل بسرعة ثابتة تُشغَّل بأعلى كفاءة مع منظم مفتوح بالكامل وفصل مبكر للبخار، ويتم ضبط هذا الفصل عبر جهاز عكس الحركة. يسمح تشغيل القاطرة بفصل مبكر جدًا للبخار (مثلاً عند 15% من شوط المكبس) بأقصى تمدد للبخار، مع تقليل الطاقة المهدرة في نهاية الشوط. يُزيل التسخين الفائق التكثيف وفقدان الضغط السريع الذي قد يحدث مع هذا التمدد.

استخدمت القاطرات الأمريكية الكبيرة ضاغطين هوائيين يعملان بالبخار، على سبيل المثال Westinghouse 8 1/2" 150-D، ^{[ 25 ]} لفرامل القطار.

نظام يارو-شليك-تويدي

يتبع العرض كتاب سومرفيلد المدرسي، والذي يحتوي على رسم تخطيطي (الشكل 17) لم يتم إعادة إنتاجه لأسباب تتعلق بحقوق النشر. ^{[ 26 ]}

لنفترض وجود محرك رباعي الأسطوانات على متن سفينة. لنفترض أن x هو الاتجاه الرأسي، وz هو الاتجاه الأمامي-الخلفي، و y هو الاتجاه الجانبي. ولنفترض أن الأسطوانات الأربع مثبتة في صف واحد على طول المحور z ، بحيث تكون مكابسها متجهة للأسفل. وترتبط المكابس بعمود المرفق نفسه عبر قضبان رأسية طويلة. الآن، نحدد الكميات الأساسية للمحرك:

يترك $M_{1},M_{2},M_{3},M_{4}$ لتكن الكتل الفعالة لنظام المكبس والقضيب المركب لكل أسطوانة.
لنفترض أن الأسطوانة 2 تفصلها عن الأسطوانة 1 مسافة قدرها $a_{2}$ على طول المحور z ، وبالمثل بالنسبة لـ $a_{3},a_{4}$ .
يترك $l_{1},l_{2},l_{3},l_{4}$ ليكن طول كل قضيب من قضبان الأسطوانة.
يترك $r_{1},r_{2},r_{3},r_{4}$ لتكن أنصاف أقطار وصلة عمود المرفق لكل أسطوانة.
يترك $\phi _{1},\phi _{2},\phi _{3},\phi _{4}$ لتكن زاوية وصلة عمود المرفق لكل أسطوانة.
بما أن عمود المرفق يدور بالتزامن مع جميع الأسطوانات، $\phi _{i}-\phi _{1}$ ثابت $\alpha _{i}$ لكل من $i=2,3,4$ .

الآن، أثناء تشغيل المحرك، يكون الوضع الرأسي للأسطوانة $i$ يساوي $x_{i}$ باستخدام حساب المثلثات، لدينا

$x_{i}=r_{i}\cos \phi _{i}+{\sqrt {l_{i}^{2}(r_{i}\sin \phi _{i})^{2}}}=l_{1}+r_{i}\cos \phi _{i}-{\frac {r_{i}^{2}}{l_{i}}}(1-\cos(2\phi _{i}))/2+O(r_{i}^{3}/l^{2})$

مع تحرك كل أسطوانة لأعلى ولأسفل، فإنها تُؤثر بقوة رأسية على إطار تثبيتها تساوي $M_{i}{\ddot {x}}_{i}$ يهدف نظام YST إلى ضمان إلغاء مجموع القوى الأربع بدقة قدر الإمكان. وبالتحديد، يهدف إلى ضمان أن تكون القوة الكلية (على طول المحور السيني ) وعزم الدوران الكلي (حول المحور الصادي ) صفرًا.

$\sum _{i=1}^{4}M_{i}{\ddot {x}}_{i}=0;\quad \sum _{i=2}^{4}M_{i}a_{i}{\ddot {x}}_{i}=0$

يمكن تحقيق ذلك إذا

$\sum _{i=1}^{4}M_{i}x_{i}=Const;\quad \sum _{i=2}^{4}M_{i}a_{i}x_{i}=Const$

الآن، بتطبيق المعادلات، نجد أن هذا يعني (حتى الدرجة الثانية)

$\displaystyle \sum _{i=1}^{4}M_{i}(r_{i}\cos \phi _{i}-{\frac {r_{i}^{2}}{2l_{i}}}\cos(2\phi _{i}))=0;\quad \sum _{i=2}^{4}M_{i}a_{i}(r_{i}\cos \phi _{i}-{\frac {r_{i}^{2}}{2l_{i}}}\cos(2\phi _{i}))=0}$

توصيل $\phi _{i}=\phi _{1}+\alpha _{i}$ وبتوسيع دوال جيب التمام، نرى أنه مع $\phi _{1}$ عوامل عشوائية $\sin(\phi _{1}),\cos(\phi _{1}),\sin(2\phi _{1}),\cos(2\phi _{1})$ يجب أن تختفي كل منها على حدة. وهذا يعطينا ثماني معادلات لحلها، وهو أمر ممكن بشكل عام إذا كان هناك ثمانية متغيرات على الأقل في النظام يمكننا تغييرها.

من بين متغيرات النظام، $M_{i},r_{i}$ يتم تحديدها من خلال تصميم الأسطوانات. كذلك، فإن القيم المطلقة لـ $a_{2},a_{3},a_{4}$ لا يهمّ ما هي، المهم هو نسبها. وهذا يعطينا معاً تسعة متغيرات يجب تغييرها: $l_{1},l_{2},l_{3},l_{4},{\frac {a_{3}}{a_{2}}},{\frac {a_{4}}{a_{2}}},\alpha _{2},\alpha _{3},\alpha _{4}$ .

يتطلب نظام YST أربع أسطوانات على الأقل. باستخدام ثلاث أسطوانات، لا يُعطينا الاشتقاق نفسه سوى ستة متغيرات للتغيير، وهو ما لا يكفي لحل جميع المعادلات الثماني.

يُستخدم نظام YST على سفن مثل SS Kaiser Wilhelm der Grosse و SS Deutschland (1900) . ^{[ 27 ]}

ملحوظات

^ تزامن الأسطوانات: في المركبات ثنائية الأسطوانات المستخدمة في أعمال السكك الحديدية، يتم توصيل المكابس بالمرفقات كما هو الحال مع الأسطوانات البسيطة ثنائية الأسطوانات عند 90 درجة خارج الطور مع بعضها البعض (مقسمة إلى أرباع).

عند تكرار مجموعة التمدد المزدوج، مما ينتج عنه محرك مركب رباعي الأسطوانات، عادةً ما تكون المكابس الفردية داخل المجموعة متوازنة عند 180 درجة، وتكون المجموعات مضبوطة بزاوية 90 درجة بالنسبة لبعضها البعض. في حالة واحدة (النوع الأول من محركات فوكلين المركبة )، عملت المكابس في نفس المرحلة، محركةً رأسًا متقاطعًا وعمود مرفقي مشتركين، مضبوطين أيضًا بزاوية 90 درجة كما هو الحال في محرك ثنائي الأسطوانات.

في الترتيب المركب ثلاثي الأسطوانات، تم ضبط أعمدة الكرنك ذات الضغط المنخفض إما عند 90 درجة مع عمود الكرنك ذي الضغط العالي عند 135 درجة بالنسبة للعمودين الآخرين، أو في بعض الحالات تم ضبط جميع أعمدة الكرنك الثلاثة عند 120 درجة.

^ ihp: كانت قدرة محرك الطاحونة تُقاس في الأصلبالقدرة الحصانية الاسمية، لكن هذا النظام كان يُقلل من شأن قدرةماكنوت، وهو مناسب للمركبات، أو القدرة الحصانية المُشار إليها (ihp). وكقاعدة عامة، فإن ihp تساوي 2.6 ضعف nhp في المحرك المركب.^[²⁸^]

انظر أيضاً

مراجع

↑ فان ريمسديك، جون (1970)، "القاطرة المركبة، الأجزاء 1، 2، 3"، معاملات جمعية نيوكومن (2)
^ فان ريمسديك 1994 ، ص 4-9.
↑ هيلز (1989) ، ص 147.
1 2 رايبوت، آر كيه (2005)، "17" ، الهندسة الحرارية ( الطبعة الخامسة)، بنغالور، نيودلهي: منشورات لاكشمي، ص 723 وما يليها، ISBN 978-81-7008-834-9، OCLC 85232680
1 2 سيمينز وغولدفينش (2003) ، ص 147، 162، استخدام البخار: التمدد والتركيب.
^ فان ريمسديك 1994 ، ص 2-3.
↑ "أول طائرة تعمل بالبخار في العالم"، مجلة العلوم الشعبية ، يوليو 1933، مقال مفصل مع رسومات توضيحية
↑ جورج وويليام بيسلر (29 أبريل 2011). طائرة بيسلر البخارية (يوتيوب). بومبرجاي.
↑ موسوعة بريتانيكا على الإنترنت، تم الاطلاع عليها في 29 مارس 2007.
↑ "ريتشارد تريفيتيك" . Asme.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 أبريل 2017 .
^ لونيس، ث. ص (1916). "De Maatschappij voor scheeps- en werktuigbouw Fijenoord te Rotterdam، voorheen de Nederlandsche Stoomboot Maatschappij" . Tijdschrift voor economische Geography : 137– 138 – عبر Delpher.nl.
^ "إيجزرين سبورويج" . ألجيمين هاندلسبلاد . 1834 [29 أغسطس]. ص. 6.
^ لينتسن، هو (1994). Geschiedenis van de techniek في هولندا. دي الصياغة من نفس الحديثة 1800-1890. ديل الخامس (باللغة الهولندية).
↑ هيلز (1989) ، ص 157.
↑ كلارك، آرثر هـ. (1911). عصر سفن كليبر 1843-1869 . نيويورك: جي بي بوتنام وأولاده.
↑ المتحف البحري الوطني، غرينتش، المملكة المتحدة، http://collections.rmg.co.uk/collections/objects/66013.html
↑ جارفيس، أدريان (1993). "9: ألفريد هولت والمحرك المركب". في: غاردينر، روبرت؛ غرينهيل، د. باسيل (محرران). ظهور البخار - السفن البخارية التجارية قبل عام 1900. مطبعة كونواي البحرية. ص 158-159 . ISBN 0-85177-563-2.
1 2 3 4 هيلز (1989) ، ص 241.
↑ داي، لانس وماكنيل، إيان (محرران) 2013، قاموس السير الذاتية لتاريخ التكنولوجيا، روتليدج، رقم ISBN 0-203-02829-5(ص 694)
↑ غريفيث، دينيس (1993). "الفصل 5: التوسع الثلاثي والثورة الأولى في مجال الشحن". في: غاردينر، روبرت؛ غرينهيل، د. باسيل (محرران). ظهور البخار - السفن البخارية التجارية قبل عام 1900. دار كونواي ماريتايم للنشر المحدودة. الصفحات 106-126 . ISBN 0-85177-563-2.
↑ ماكنتاير، دونالد؛ باث، باسيل دبليو (1974). سفينة حربية: تاريخ السفينة القتالية . ماكجرو هيل، ص 95. ISBN 9780070445857.{{cite book}}تم |work=تجاهله ( مساعدة )
↑ هيلز (1989) ، ص 160.
↑ هيلز (1989) ، ص 281.
↑ طبعة طبق الأصل من كتاب "المحركات المركبة" ، آن أربور، ميشيغان: مكتب النشر الأكاديمي، مكتبة جامعة ميشيغان، 2005، الصفحات 16، 17، رقم ISBN 1-4255-0657-7
↑ موسوعة القاطرات الأمريكية لعام 1941، الطبعة الحادية عشرة، شركة سيمونز-بوردمان للنشر، 30 شارع تشيرش، نيويورك، صفحة 813
↑ سومرفيلد، أرنولد (1950). الميكانيكا: محاضرات في الفيزياء النظرية . دار النشر الأكاديمية. الصفحات 76-98 . ISBN 978-1-4832-2028-4.{{cite book}}عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة )
↑ سومرفيلد، أ. (مايو 1904). " النتائج العلمية وأهداف الميكانيكا التطبيقية الحديثة" . المجلة الرياضية . 3 (45): 26-31 . doi : 10.2307/3603435 . ISSN 0025-5572 . JSTOR 3603435. S2CID 125314831 .
↑ هيلز (1989) ، ص 145.

فهرس

هيلز ، ريتشارد ل. (1989). الطاقة من البخار . مطبعة جامعة كامبريدج . ص 244. ISBN 0-521-45834-X.
سيمينز، بي دبليو بي؛ غولدفينش، إيه جيه (2000). كيف تعمل قاطرات البخار حقًا . أكسفورد: مطبعة جامعة أكسفورد . ISBN 978-0-19-856536-9.
فان ريمسديك، جيه تي (1994). القاطرات المركبة: مسح دولي . بنرين: ناشري النقل الأطلسي. رقم ISBN 0-906899-61-3.
لونيس، ث. P. (1916)، “De Maatschappij voor scheeps- en werktuigbouw Fijenoord te Rotterdam, voorheen de Nederlandsche Stoomboot Maatschappij” , Tijdschrift voor economische Geography ، الصفحات من 133 إلى 156

للمزيد من القراءة

غور، دنكان؛ هانت، جوليان (1998)، مصانع القطن في أولدهام ، أولدهام للتعليم والترفيه، رقم ISBN 0-902809-46-6تمت أرشفة هذا النص من المصدر الأصلي في 18 يوليو 2011 ، وتم استرجاعه في 11 أكتوبر 2009
ناسمييث، جوزيف (1895)، بناء مصانع القطن الحديثة وهندستها ، لندن: جون هيوود، ص 284، ISBN 1-4021-4558-6{{citation}}عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة )
روبرتس، أ.س. (1921)، "قائمة محركات آرثر روبرتس" ، كتاب آرثر روبرتس الأسود. نسخة من بارليك-بوك، مؤرشفة من الأصل في 23 يوليو 2011 ، تم استرجاعها في 11 يناير 2009.
ويليامز، مايك؛ فارني (1992)، مصانع القطن في مانشستر الكبرى ، دار نشر كارنيجي، رقم ISBN 0-948789-89-1
هولست، سي بي (1926)، موازنة محركات البخار متعددة الكرنك ، بريل، دار نشر ليدن، OCLC 494164185

روابط خارجية

جمعية محركات الطواحين الشمالية في متحف بولتون للبخار

[Van_Riemsdijk,_Newcomen,_Compound_Locomotive-1] فان ريمسديك، جون (1970)، "القاطرة المركبة، الأجزاء 1، 2، 3"، معاملات جمعية نيوكومن (2)

[FOOTNOTEVan_Riemsdijk19944–9-2] فان ريمسديك 1994 ، ص 4-9.

[FOOTNOTEHills1989147-3] هيلز (1989) ، ص 147.

[Raiput-4] 1 2 رايبوت، آر كيه (2005)، "17" ، الهندسة الحرارية ( الطبعة الخامسة)، بنغالور، نيودلهي: منشورات لاكشمي، ص 723 وما يليها، ISBN 978-81-7008-834-9، OCLC 85232680

[FOOTNOTESemmensGoldfinch2003147,_162Using_the_Steam:_Expansion_and_Compounding-5] 1 2 سيمينز وغولدفينش (2003) ، ص 147، 162، استخدام البخار: التمدد والتركيب.

[FOOTNOTEVan_Riemsdijk19942–3-6] فان ريمسديك 1994 ، ص 2-3.

[7] "أول طائرة تعمل بالبخار في العالم"، مجلة العلوم الشعبية ، يوليو 1933، مقال مفصل مع رسومات توضيحية

[8] جورج وويليام بيسلر (29 أبريل 2011). طائرة بيسلر البخارية (يوتيوب). بومبرجاي.

[9] موسوعة بريتانيكا على الإنترنت، تم الاطلاع عليها في 29 مارس 2007.

[10] "ريتشارد تريفيتيك" . Asme.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 أبريل 2017 .

[11] لونيس، ث. ص (1916). "De Maatschappij voor scheeps- en werktuigbouw Fijenoord te Rotterdam، voorheen de Nederlandsche Stoomboot Maatschappij" . Tijdschrift voor economische Geography : 137– 138 – عبر Delpher.nl.

[12] "إيجزرين سبورويج" . ألجيمين هاندلسبلاد . 1834 [29 أغسطس]. ص. 6.

[13] لينتسن، هو (1994). Geschiedenis van de techniek في هولندا. دي الصياغة من نفس الحديثة 1800-1890. ديل الخامس (باللغة الهولندية).

[FOOTNOTEHills1989157-14] هيلز (1989) ، ص 157.

[Clark-15] كلارك، آرثر هـ. (1911). عصر سفن كليبر 1843-1869 . نيويورك: جي بي بوتنام وأولاده.

[Greenwich-16] المتحف البحري الوطني، غرينتش، المملكة المتحدة، http://collections.rmg.co.uk/collections/objects/66013.html

[Jarvis-17] جارفيس، أدريان (1993). "9: ألفريد هولت والمحرك المركب". في: غاردينر، روبرت؛ غرينهيل، د. باسيل (محرران). ظهور البخار - السفن البخارية التجارية قبل عام 1900. مطبعة كونواي البحرية. ص 158-159 . ISBN 0-85177-563-2.

[FOOTNOTEHills1989241-18] 1 2 3 4 هيلز (1989) ، ص 241.

[19] داي، لانس وماكنيل، إيان (محرران) 2013، قاموس السير الذاتية لتاريخ التكنولوجيا، روتليدج، رقم ISBN 0-203-02829-5(ص 694)

[Griffiths-20] غريفيث، دينيس (1993). "الفصل 5: التوسع الثلاثي والثورة الأولى في مجال الشحن". في: غاردينر، روبرت؛ غرينهيل، د. باسيل (محرران). ظهور البخار - السفن البخارية التجارية قبل عام 1900. دار كونواي ماريتايم للنشر المحدودة. الصفحات 106-126 . ISBN 0-85177-563-2.

[MOFWAR-21] ماكنتاير، دونالد؛ باث، باسيل دبليو (1974). سفينة حربية: تاريخ السفينة القتالية . ماكجرو هيل، ص 95. ISBN 9780070445857.{{cite book}}تم |work=تجاهله ( مساعدة )

[FOOTNOTEHills1989160-22] هيلز (1989) ، ص 160.

[FOOTNOTEHills1989281-23] هيلز (1989) ، ص 281.

[24] طبعة طبق الأصل من كتاب "المحركات المركبة" ، آن أربور، ميشيغان: مكتب النشر الأكاديمي، مكتبة جامعة ميشيغان، 2005، الصفحات 16، 17، رقم ISBN 1-4255-0657-7

[25] موسوعة القاطرات الأمريكية لعام 1941، الطبعة الحادية عشرة، شركة سيمونز-بوردمان للنشر، 30 شارع تشيرش، نيويورك، صفحة 813

[26] سومرفيلد، أرنولد (1950). الميكانيكا: محاضرات في الفيزياء النظرية . دار النشر الأكاديمية. الصفحات 76-98 . ISBN 978-1-4832-2028-4.{{cite book}}عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة )

[27] سومرفيلد، أ. (مايو 1904). " النتائج العلمية وأهداف الميكانيكا التطبيقية الحديثة" . المجلة الرياضية . 3 (45): 26-31 . doi : 10.2307/3603435 . ISSN 0025-5572 . JSTOR 3603435. S2CID 125314831 .

[FOOTNOTEHills1989145-28] هيلز (1989) ، ص 145.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[

[

[

[

[

[

[

[

[

[

[

[

[

( ihp )

[ 22 ]

[ 23 ]

[ 24 ]

[ 25 ]

[ 26 ]

[ 27 ]

[

اللغة	العربية (RTL)
روابط موسوعية	30 رابطاً
المصدر الأصلي	ويكيبيديا ↗