El motor sin centro muerto de Musgrave era un motor de vapor estacionario de diseño inusual, destinado a resolver el problema de detenerse en el punto muerto . Fue diseñado en 1887 para servir como motor marino . Utilizaba un par de cilindros enlazados para evitar que el motor se detuviera en una posición en la que no se pudiera aplicar fuerza de giro. Se sabe que al menos un motor sobrevive.
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Centros muertos
El "punto muerto " de un motor de pistón con manivelas es cuando el pistón está en la parte superior o inferior exacta de la carrera y, por lo tanto, el pistón no puede ejercer ningún par en el cigüeñal . Si una máquina de vapor se detiene en el punto muerto, no podrá volver a arrancar desde esa posición.
Se han aplicado varias soluciones a esto. Una de las más sencillas es intentar no parar en esta posición, la más cruda es aplicar un brazo fuerte con una palanca para hacer girar un poco el motor. También se utilizaron pequeños motores de bloqueo de vapor para alejar el motor del punto muerto antes de arrancar. Si el motor tiene varios cilindros, la mayoría de las geometrías para estos están dispuestas de modo que todos los cilindros nunca estén juntos en el punto muerto y, por lo tanto, siempre se puede usar uno para el arranque.
La solución de Musgrave fue más compleja: utilizar dos cilindros, varillajes de biela adicionales y geometría para evitar el problema.
El punto muerto rara vez es un problema para los motores de combustión interna, ya que estos generalmente requieren un giro para proporcionar compresión del cilindro y, por lo tanto, no intente arrancar automáticamente desde parado. Algunos grandes motores diésel estacionarios, en los que utilizaban un mecanismo de arranque de aire comprimido, han sufrido el problema de los puntos muertos y, por lo tanto, utilizaron un pequeño engranaje de bloqueo manual .
Geometría
En apariencia, el motor se asemeja a un ' gemelo paralelo ' con dos cilindros verticales y un solo cigüeñal entre ellos, pero en posición perpendicular a la línea de los cilindros y compartiendo una única muñequilla.
Un gemelo paralelo con tantos cilindros arrancaría automáticamente desde el punto muerto de todos modos (asumiendo el cigüeñal habitual con manivelas a 90 °).
La geometría en funcionamiento se parece más a la de un motor bicilíndrico en V. Los dos cilindros trabajan juntos, pero uno adelanta al otro aprox. 30 °. La diferencia en este caso es que los cilindros ya no están directamente alineados con el cigüeñal y, por lo tanto, utilizan la biela como una forma de manivela . Si un cilindro está en el punto muerto, el otro estará alejado de él por la cantidad de este ángulo.
Un gemelo en V ofrecería todas las ventajas del motor Musgrave, pero solo necesitaría dos bielas simples. Los cilindros ya no serían paralelos, pero eso está lejos de ser impráctico de fabricar, como lo demostró el motor diagonal incluso anterior .
Biela
Los dos cilindros están conectados a la única muñequilla a través de una compleja biela de cuatro eslabones separados y un punto de montaje rígido al bastidor y los cilindros. [1]
La biela principal es un gran bastidor triangular, accionado por ambos cilindros y accionando la muñequilla. Debido a la diferencia de fase entre los cilindros, este bastidor se inclina hacia adelante y hacia atrás a medida que el motor gira, por lo que las crucetas del cilindro lo conducen a través de dos bielas cortas, lo que permite cierto movimiento de lado a lado. [2] Una palanca oscilante grande unida al bastidor del motor sostiene la biela aproximadamente en el centro. En el motor Bolton , esta palanca se extiende más allá del bastidor y se utiliza para impulsar la bomba de aire del condensador .
Similitudes con el yugo de Ross
Un mecanismo similar parece haberse inventado de forma independiente, mucho más tarde. Este es el yugo Ross , inventado por Andy Ross para su uso con motores Stirling . [3] Un par de cilindros paralelos, uno para el pistón (impulsor), uno que contiene el desplazador (impulsado), se conectan de manera que se mueven hacia adelante y hacia atrás con un cambio de fase adecuado entre ellos.
Historia
Motores marinos
El diseño del motor se originó con WY Fleming y P. Ferguson, ingenieros marinos de Glasgow , en 1887. [1] Estaba destinado a su uso como motor marino , y al menos 23 se suministraron a los constructores de barcos que requieren motores compactos adecuados para vehículos restringidos. espacio en salas de máquinas. [4]
Motores estacionarios
John Musgrave & Sons of the Globe Ironworks, Bolton era un constructor de motores de molinos que abastecía a las fábricas de algodón locales. Obtuvo la licencia del diseño en 1892, luego patentó otras mejoras en 1893. [1] [5]
Musgrave construyó hasta 50 de estos motores, el más grande ofrece 1.500 caballos de fuerza con una expansión cuádruple en funcionamiento. Se construyeron diez de estos motores de cuatro cilindros de expansión cuádruple, siendo el resto en su mayoría motores compuestos de dos cilindros , como el motor Park Street Mill . [1] Los motores más grandes usaban válvulas Corliss . [6]
El mecanismo sin punto muerto también nivela la potencia a medida que gira la manivela, lo que lo hace adecuado para impulsar dínamos para la generación de electricidad. El motor también tenía una velocidad relativamente alta para su día, lo que permitía conducir dínamos directamente. Se instaló un motor de válvulas Corliss de 500 hp para la generación de electricidad en Southport . [7]
Un cartel en el Museo de Ciencias anuncia motores de "Fleming, Ferguson, & Dixon patente". Estos son motores compuestos de dos cilindros con una sola válvula semirrotativa por cilindro (como en el Park Street Mill ) y se ofrecen en un rango de 8 a 250 ihp y con velocidades de 160 a 250 rpm. [5] [8] No se especifica su presión de trabajo, pero el mismo cartel también ofrece calderas Lancashire de hasta 200 psi .
Todos estos motores son de construcción robusta, con grandes bastidores de hierro fundido que tienen los cilindros fundidos integralmente con ellos. El parque de la calle Molino motor está hecho a partir de dos grandes piezas atornilladas entre sí a lo largo de un plano central y con los pasajes de vapor con núcleo directamente en las piezas fundidas.
Las crucetas son del modelo de zapatilla. Este diseño tiene superficies de apoyo asimétricas y, por lo tanto, soporta mejor las fuerzas cuando el motor gira en una dirección que en la otra. Se encuentran comúnmente en motores estacionarios que no necesitan ser invertidos. Sin embargo, en el diseño de Musgrave, las dos guías deslizantes se enfrentan entre sí, por lo que una de ellas siempre funcionará "al revés" de la práctica habitual.
Patentes
- Fleming y Ferguson [9]
- GB 2605 1887
- GB 13843 1889
- GB 20137 1890
- GB 3165 1891
- Musgrave y Dixon [9]
- GB 15395 1893
Ejemplos de supervivencia
Molino de Park Street
Solo se sabe que sobrevive una locomotora Musgrave que no está en el centro muerto, que ahora se conserva en el Bolton Steam Museum como parte de la colección de la Northern Mill Engine Society . [10] [11] [12] En los días del vapor, estos motores (o al menos algunos) pueden verse en acción. La colección también incluye otros dos motores construidos por Musgrave's, que no son motores sin punto muerto sino motores de restricción mucho más pequeños .
Modelos
- Museo de Ciencias de Londres
- Se exhibe un modelo pequeño de un motor compuesto de dos cilindros. [5]
- Revista Model Engineer
- En 2009, Model Engineer serializó la construcción de un motor Musgrave, a partir de piezas fundidas suministradas por la empresa alemana Lothar Matrian. [5]
Referencias
- ↑ a b c d Hills, Richard L. (1989). Energía de Steam . Prensa de la Universidad de Cambridge . págs. 246–247. ISBN 0-521-45834-X.
- ^ "Motor sin punto muerto en movimiento" (video) . Sociedad del motor del molino del norte.[ enlace muerto permanente ]
- ^ Andy Ross (inventor). "Motor Stirling con yugo Ross" (diagrama animado) .
- ^ Watkins, George (1978). La máquina de vapor en la industria, Vol 1 . Publicación de Moorland. págs. 115, 117. ISBN 0-903485-65-6.
- ^ a b c d Konrad, Karl (abril de 2009). "Motor Musgrave de centro no muerto". Ingeniero de modelos . 202 (4350).
- ^ Nasmith, J. (1900). Construcción de Algodón Mil .(ilustración mostrada en Hills, Power from Steam )
- ^ Woodward, G. (mayo de 1993). "Historia de un sistema de distribución de alta tensión monofásico". Proc. IEEE . 140 (3): 207–214. doi : 10.1049 / ip-a-3.1993.0032 .
- ^ "Motores Musgrave, cartel del Museo de la Ciencia" (cartel) .
- ↑ a b Hills, Power from Steam , capítulo 13 ref.27
- ^ "NDC en Northern Mill Engine Society" . Sociedad del motor del molino del norte.
- ^ "Sociedad del motor del molino del norte" . Sociedad del motor del molino del norte.
- ^ Pilling, Philip W. (1990). "Sociedad del motor del molino del norte" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 18 de julio de 2011 . Consultado el 4 de julio de 2009 .