빔 엔진
Beam engine
빔 엔진은 회전된 오버헤드 빔이 수직 피스톤에서 수직 커넥팅 로드로 힘을 가하기 위해 사용되는 증기 엔진의 한 종류입니다.엔진이 펌프를 직접 구동하는 이 구성은 1705년경 토마스 뉴코먼에 의해 콘월 광산의 물을 제거하기 위해 처음 사용되었다.엔진의 효율은 별도의 콘덴서를 추가한 제임스 와트, 실린더를 복합한 조너선 혼블러와 아서 울프, 기존 엔진을 복합하는 방법을 고안한 윌리엄 맥노트 등 엔지니어들에 의해 향상되었다.빔 엔진은 처음에는 광산이나 운하로 물을 퍼내는 데 사용되었지만, 물레방아에 동력을 공급하는 물레방아에 물을 보충하는 데 사용될 수 있었다.
회전 빔 엔진은 커넥팅 로드가 크랭크(또는 역사적으로 태양 및 유성 기어)를 통해 플라이휠을 구동하는 빔 엔진의 최신 설계입니다.이러한 빔 엔진은 제분소에서 라인샤프트에 직접 전력을 공급하기 위해 사용할 수 있습니다.그들은 또한 증기선에 동력을 공급하는데 사용될 수 있다.
역사
최초의 빔 엔진은 수력으로 작동되어 광산에서 물을 퍼내는 데 사용되었다.보존된 예는 스코틀랜드 완록헤드에 있는 Straitsteps Lead Mine에서 볼 수 있습니다.
빔 엔진은 산업 혁명 초기에 잠금 장치를 통해 확장되었을 때 영국 운하 시스템의 펌프에 널리 사용되었고, 또한 같은 시기에 광산에서 물을 배출하고 권선 엔진으로 사용되었습니다.
최초의 증기 관련 빔 엔진은 토마스 뉴코멘에 의해 개발되었다.엄밀히 말하면, 피스톤 아래에 도입된 증기가 응축되어 부분 진공이 생성되어 대기압이 피스톤을 밀어내릴 수 있었기 때문에, 이것은 증기로 구동되지 않았습니다.그래서 그것은 대기 엔진이라고 불렸다.뉴코멘 대기 엔진은 콘월 등지의 많은 광산들에 채택되었지만, 상대적으로 비효율적이고 많은 양의 연료를 소비했다.엔진은 John Smeaton에 의해 개선되었지만, James Watt는 별도의 응축기를 추가함으로써 와트 증기 엔진의 뉴코멘 엔진의 주요 비효율성을 해결하였고, 따라서 실린더가 뜨겁게 유지되도록 했습니다.기술적으로 이것은 여전히 대기 엔진이었고, 이후 특허에 따라 그는 실린더의 상부를 감싸 피스톤을 아래로 누르는 증기를 도입했습니다.이것은 그것을 진정한 증기 엔진으로 만들었고 그를 증기 엔진의 발명자로 확신시켰다.그는 또한 원심 거버너와 평행 운동 특허를 취득했다.후자는 아치 헤드 주위의 체인을 교체하여 회전 엔진으로 사용할 수 있게 했다.
그의 특허는 19세기 초까지 그대로 유지되었고, 어떤 사람들은 이것이 개발을 지연시켰다고 말한다.그러나 실제로는 다른 사람들에 의해 개발이 진행되어 왔고 특허 기간이 끝날 무렵에는 새로운 아이디어와 개선사항이 폭발적으로 증가했습니다.와트의 빔 엔진은 상업적으로 훨씬 더 많이 사용되었고 많은 수가 100년 이상 계속 작동했다.
와트는 그의 엔진 설계의 주요 측면에 대한 특허를 가지고 있었지만, 그의 회전 엔진은 제임스 피카드의 단순 크랭크 특허에 의해 똑같이 제한되었습니다.빔 엔진은 잉글랜드 남서부의 주석과 구리가 풍부한 지역에서 상당히 개선되고 확장되어 그곳에 존재하는 깊은 광산의 배수가 가능해졌다.그 결과, 콘월 빔 엔진은 지금까지 만들어진 빔 엔진 중 가장 거대한 빔 엔진으로 남아있기 때문에 세계적으로 유명해졌다.
엔진의 다양한 부품에 대한 특허 수와 특허 침해로 인한 결과로 인해 빔 엔진은 어느 부품에도 제조사 이름이 없는 예가 존재합니다(Hollycombe Steam Collection).
회전 빔 엔진
회전빔 엔진에서 피스톤을 수직으로 장착하고 피스톤 로드를 종전과 같이 빔을 구동한다.이제 펌프 로드를 구동하는 대신 빔의 다른 쪽 끝에서 나오는 커넥팅 로드가 플라이휠을 구동합니다.
초기 와트 엔진은 단순한 크랭크가 아닌 와트의 특허인 태양과 행성 기어를 사용했는데, 이는 와트 기어의 사용이 제임스 피카드가 소유한 특허에 의해 보호되었기 때문이다.특허가 만료되자, 간단한 크랭크가 보편적으로 사용되었습니다.회전 운동이 이루어지면 플라이휠 옆에 구동 벨트를 부착할 수 있습니다.이를 통해 타작, 연삭 또는 밀링 머신과 같은 다양한 정전기계를 구동하기 위해 동력을 다른 구동축과 다른 벨트로부터 전달할 수 있었습니다.
선박용 빔 엔진
최초의 증기 동력 선박은 회전 빔 엔진의 변형을 사용했다.다른 것들 중에서 사이드 레버, 메뚜기, 크로스 헤드 또는 '워킹 빔'으로 알려진 이러한 해양 증기 엔진은 선상에서 공간을 덜 차지하기 위해 빔을 다른 위치에 배치함으로써 원래의 육상 기계와 모두 달랐다.
배합
복합화에는 두 개 이상의 실린더가 포함됩니다. 첫 번째 고압 실린더의 저압 증기가 두 번째 실린더로 전달되고 여기서 더 팽창하여 더 많은 구동력을 제공합니다.이것이 복합 효과입니다. 여기서 나오는 폐증기는 정상적인 방식으로 응축기로 전달될 경우 더 많은 작업을 발생시킬 수 있습니다.배합에 대한 첫 번째 실험은 1781년에 특허를 취득한 조나단 혼블로워에 의해 수행되었다.그의 첫 엔진은 콘월 틴크로프트 광산에 설치되었다.빔의 한쪽 끝에는 21인치(0.53m) 직경의 6피트(1.8m) 스트로크 및 27인치(0.69m) 직경의 8피트(2.4m) 스트로크) 직경의 두 개의 실린더가 나란히 놓여 있었다.초기 엔진은 증기 압력이 너무 낮고 상호 연결 파이프가 작으며 콘덴서가 작동하지 [1]않는 등 성능 향상이 거의 없었습니다.
이 시기에는 열역학 법칙, 특히 절대 0의 개념이 충분히 이해되지 않았다.Arthur Woolf와 같은 기술자들은 물리학에 대한 불완전한 이해로 공학적 문제를 해결하려고 시도하고 있었다.특히, 밸브 기어가 스트로크에서 잘못된 위치에서 절단되어 실린더에서 확장 작업이 허용되지 않았습니다.Wheal Abraham 구리 광산과 Wheal Vor 주석 [2]광산에서 성공적인 Woolf 복합 엔진이 1814년에 생산되었습니다.
맥노트 엔진
William McNaught는 1845년에 복합 빔 엔진을 특허했다.표준 Boulton & Watt 설계의 빔 엔진에서는 기존 단일 실린더와 반대쪽에 고압 실린더를 배치했습니다.여기서는 보통 워터 펌프가 장착되어 있습니다.이는 두 가지 중요한 영향을 미쳤습니다. 즉, 빔에 가해지는 압력을 크게 낮췄고, 연결된 증기 파이프가 길기 때문에 팽창 리시버 역할을 했습니다. 즉, Woolf [3]설계에서 누락된 요소입니다.이러한 개조 작업은 소급하여 수행할 수 있으며, 이렇게 개조된 엔진은 "McNaughted"라고 합니다.복합 엔진의 장점은 60파운드/제곱인치(410kPa) 미만의 압력에서는 크지 않았지만 100psi(690kPa)[citation needed] 이상의 압력에서 나타났습니다.
프리저브드 빔 엔진
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- Abbey Pumping Station(영국 레스터) - Jimson and Company, [4]Lester에서 제작한 4개의 Woolf 복합 회전 빔 엔진이 있습니다.
- Bolton 증기 박물관(영국 Bolton) – 원래 제분소를 구동하는 데 사용된 여러 회전 빔 엔진이 포함되어 있습니다.
- Claymills Pumping Station(영국 Staffordshire, Burton-on-Trent) - 울프 화합물 4개, 회전식 빔 펌프 엔진 5개, 랭커셔 보일러 5개, 국내에서 가장 오래된 증기 구동 발전기를 포함하여 현장에서 30개 이상의 보조 엔진.
- Coldharbour Mill (Uffculme, Devon) - 1867년형 키토 및 브라더후드 빔 엔진과 Pollit & Wigzell 300마력의 크로스 컴파운드 엔진.대부분의 뱅크 홀리데이는 다른 작은 기계들과 함께 줄타기 경주를 한다.
- 콜터쇼 빔 펌프(영국 웨스트 서섹스) - 1782년부터 보존된 수력 빔 엔진.
- Crofton Pumping Station(영국 그레이트 베드윈) – 세계에서 가장 오래된 '코니쉬' 엔진을 포함한 두 개의 엔진(1812년)이 원래 위치에 있습니다.
- 크로스니스 펌핑 스테이션(Abbey Wood, 런던, 영국)– 4개의 회전 빔 엔진 세트: 현존하는 가장 큰 작업 예.
- 도그다이크 엔진(링컨셔 태터셜)– 배수 엔진 및 스쿱 휠, 찜통 같은 여름 주말.
- Eastney Beam Engine House(영국 포츠머스) – 1887년부터 시작된 하수 펌핑용 2개의 회전식 빔 엔진이 있습니다.
- Elsecar(영국 사우스요크셔주 Elsecar) – 원래 위치에 남아 있는 유일한 뉴코멘 엔진(1795년)
- Goulburn Waterworks (Goulburn, NSW, Australia) - Appleby Bros Beam Engine (1883) 120 hp는 여전히 원래의 펌프 하우스 건물에서 작동 중입니다.
- 그라즈브룩 빔 엔진 - 영국 버밍엄의 A38(M)에 있는 다트머스 로터리의 정전기 디스플레이에 42인치(1.1m)의 구멍으로 설계된 대형 펌핑 Boulton & Watt.
- Hollycombe Steam Collection(영국 Hampshire, Liphook) - 약 1850년 경의 회전식 콩 엔진으로, 동력을 보충하기 위해 물레방아도 부착되어 있습니다.
- Levant Mine and Beam Engine(영국 Trewellard, Pendeen, Trewellard) – 영국 웨스트 콘월에 있는 내셔널 트러스트 소유지의 작업용 빔 엔진
- Markfield Beam Engine(토넘, 런던, 영국) – 복합 회전 엔진.
- 크루키우스 박물관(네덜란드 크루키우스)– 크루키우스의 8기통 엔진은 지금까지 만들어진 증기 엔진 중 가장 큰 것으로 생각됩니다.
- 뉴코멘 메모리얼 엔진(Dartmouth, Devon) - 약 1725년부터.데모를 위해 유압 메커니즘이 추가되었습니다.
- 노팅엄 산업 박물관 (영국, 노팅엄) - 스팀 갤러리에는 1858년 뉴캐슬 어폰 타인에 있는 R. W. 호손에 의해 제작된 한 쌍의 엔진 중 하나인 인상적인 Basford 빔 엔진이 있습니다.그것은 노팅엄 시에 신선한 물을 공급하기 위해 아래 사암에서 110피트(34m)의 물을 끌어올리기 위해 Basford Pumping Station에 설치되었다.엔진은 1965년에 교체되었고 1975년에 처음 발사된 특수 제작된 스팀 갤러리로 옮겨졌다.
- 핀치벡 엔진(스팔딩, 링컨셔) – 정적으로 보존된 'A' 프레임 엔진.
- 폴닥 광산(콘월주 트렌더) - Bunny Tin 광산 및 이후 Greensplat China Clay Pit의 Hayle Cornish 빔 엔진 하비.데모를 위해 유압 메커니즘이 추가되었습니다.1959년 12월까지 콘월에서 상업적으로 일한 마지막 사람은 1972년 [5]폴닥으로 이사했다.
- Ryhope 엔진 박물관(영국 Ryhope)– 1868년 제작된 트윈 회전 빔 엔진.
- Smethwick 엔진(영국 버밍엄, Smethwick)– 세계에서 가장 오래된 증기 엔진(1779년).
- Stretham Old Engine(Stretham, Cambridgeshire) – 정적으로 보존된 엔진 및 스쿱 휠.
- Strumpshow 증기 박물관(영국 Strumpshow) - Addington사의 압축 공기 구동식 전 빔 엔진을 특징으로 합니다.
- Tees Cotage Pumping Station (영국, 달링턴) - 런던 토목기술자 T&C Hawksley 산하의 Glenfield와 Kilmarnock의 Kennedy가 설계하고 Teasdale Brothers가 제작한 회전식 2기통 울프 복합 엔진입니다.
- 스코틀랜드 국립박물관의 불튼과 와트 회전빔 엔진(태양과 행성형)(1786년).[6][7]공압학에 의한 수시 작업
- 스코틀랜드 국립박물관의 캡링턴 콜리에리 뉴코멘 엔진.가끔 공압학 공부도 하고
- 헨리 포드 박물관(미국 미시간 디어본) - 1760년대 뉴코멘 엔진 페어보텀 밥스.
- 런던 수상 및 증기 박물관(Brentford, London, England) – 5개의 '코니쉬' 엔진(원래 위치)과 2개의 작동식 회전 빔 엔진(박물관 내)이 함께 작동하며, 90인치(2286mm) 실린더의 세계에서 가장 큰 작동식 '코니쉬' 엔진을 포함합니다.
- Western Springs Water Works(뉴질랜드, Auckland) – 1877년 더블 울프 복합 엔진.원래 위치에, 교통 기술 박물관이 주변에 세워져 있는 상태로 복구되었습니다.Pumphouse와 오리지널 엔지니어 오두막의 복원은 유네스코의 문화유산 보존 프로그램에 대한 아시아 태평양 유산 어워드로부터 2009년 공로상을 받았다.
「 」를 참조해 주세요.
레퍼런스
참고 문헌
추가 정보
- Crowley, T.E. (1982). The Beam Engine. Senecio Publishing. ISBN 0-906831-02-4.
