콘월 엔진

Cornish engine
Cruquius의 펌프 스테이션은 지지벽에서 나오는 펌프 엔진의 빔을 보여줍니다.

콘월 엔진은 주로 광산에서 물을 퍼올리기 위해 영국 콘월에서 개발된 증기 엔진의 한 종류이다.이것은 제임스 와트가 설계한 초기 엔진보다 더 높은 압력의 증기를 사용하는 빔 엔진의 한 형태이다.이 엔진은 또한 지하 광부들이 작업 레벨을 오갈 수 있도록 인력 엔진에 동력을 공급하고, 광산을 드나드는 자재를 윈치하는 데 사용되었으며, 현장 광석 [1]스탬프 기계에도 동력을 공급하기 위해 사용되었습니다.

배경:콘월에 있는 증기 기관은

콘월에는 오랫동안 주석, 구리, 그리고 다른 금속 광석 광산이 있었지만, 만약 채굴이 더 깊은 곳에서 이루어지려면, 그 광산의 물을 빼낼 수 있는 방법을 찾아야 한다.수심으로부터 물의 무게를 끌어올리려면 많은 양의 작업이 필요합니다.이 에너지는 마력이나 펌프를 작동시키기 위한 물레방아에 의해 약하게 공급될 수 있지만, 말의 동력은 제한적이며 물레방아에는 적절한 물줄기가 필요합니다.따라서, 작업 펌프를 위한 석탄 연소식 증기 에너지의 혁신은 원시적인 수단보다 광산업에 더 다용도적이고 효과적이었다.

윌 보어(광산)는 1714년 이전에 뉴코멘 엔진(기통 내 응축 엔진, 대기압 미만 사용) 중 가장 오래된 엔진 중 하나를 가지고 있었지만 콘월은 탄전이 없었고 사우스 웨일즈에서 수입된 석탄은 비쌌다.따라서 펌핑을 위한 연료 비용은 채굴 비용의 중요한 부분을 차지했습니다.나중에, 콘월에서 Boulton과 Watt에 의해 (외부 콘덴서를 사용하여) 더 효율적인 초기 와트 엔진이 많이 개발되었습니다.그들은 광산 소유주들에게 연료 절약량에 따른 로열티를 부과했다.엔진의 연료 효율은 석탄 1부셸(94파운드(43kg)에 의해 생성된 작업(풋파운드)로 표현되는 "듀티"로 측정되었다.초기 와트 엔진은 2천만 개의 부하를 가졌고, 나중에는 [2]3천만 개 이상의 부하를 가졌습니다.

콘월 주기

1877년경 섹션

콘월 사이클은 다음과 같이 [3]동작합니다.

실린더 상단에 피스톤이 있는 상태에서 시작하여 피스톤 아래 실린더에 이전 스트로크의 증기가 가득하고 보일러가 정상 작동 압력이고 콘덴서가 정상 작동 진공인 상태에서

  1. 가압증기흡입밸브 및 저압증기배기밸브가 개방된다.보일러에서 가압된 증기가 피스톤 위의 실린더 상부로 들어가 아래로 밀어내리고 피스톤 아래의 증기가 응축기로 빨려 들어가 피스톤 아래쪽에 진공이 형성됩니다.피스톤 위의 보일러 압력과 그 아래의 진공 사이의 압력 차이가 피스톤을 아래로 내립니다.
  2. 스트로크 중간쯤에는 가압 증기 흡입 밸브가 닫혀 있습니다.그러면 피스톤 위의 증기가 나머지 스트로크를 통해 팽창하는 반면 피스톤의 다른 쪽(하단)의 저압 증기는 계속해서 응축기로 빨려 들어가 실린더의 해당 부분에서 부분적인 진공 상태를 유지합니다.
  3. 스트로크 하단에서 콘덴서에 대한 배기 밸브가 닫히고 평형 밸브가 열립니다.펌프 기어의 중량은 피스톤을 위로 끌어 올립니다. 피스톤이 올라감에 따라 증기가 평형 파이프를 통해 피스톤 위에서 피스톤 아래 실린더 바닥으로 전달됩니다.
  4. 피스톤이 실린더 상단에 도달하면 사이클이 반복될 준비가 된 것입니다.

다음 뇌졸중은 즉시 발생하거나 백내장 등의 타이밍 장치에 의해 지연될 수 있습니다.엔진이 최대 속도로 작동할 필요가 없는 경우, 연료 절약 속도를 줄였습니다.

엔진은 단동식이며, 증기 피스톤은 펌프 피스톤과 로딩의 중량에 의해 위로 당겨집니다.증기는 평방인치(340kPa)당 최대 50파운드의 압력으로 공급될 수 있습니다.

도식 설계의 구성 요소를 보여주는 실제 사진(East Pool Mine Tailer의 샤프트 Harvey's Engine):

  • Steam boilers

    증기 보일러

  • Main steam cylinder (A)

    주증기통(A)

  • Control steam cylinders (G-H)

    증기 제어
    실린더(G-H)

  • Pump lever (D)

    펌프 레버(D)

  • Engine house and pump piston (E)

    엔진 하우스 및 펌프 피스톤(E)

  • Sacrifice block in the engine house of Taylor's Shaft East Pool mine

    Taylor's Shaft East Pool 광산의 엔진 하우스에 있는 희생 블록

특성.

콘월 엔진의 주요 장점은 높은 압력의 증기를 경제적으로 사용함으로써 효율이 향상되었다는 것입니다.당시 콘월에서는 석탄의 고비용 때문에 효율의 향상이 중요했다.콘월에는 석탄전이 없고 사용된 모든 석탄은 카운티 [citation needed]외부에서 가져와야 했다.

James Watt가 사용한 매우 낮은, 사실상 대기압 증기 이상으로 보일러 압력을 높이는 것은 Cornish 엔진의 효율 향상에 필수적인 요소였습니다.그러나 단순히 보일러 압력을 높이면 효율을 높이지 않고도 엔진을 더욱 강력하게 만들 수 있습니다.중요한 발전은 증기가 실린더 안에서 팽창하도록 하는 것이었다.James Watt는 증기의 광범위한 작동을 가능하게 하는 아이디어를 생각해 1782년 특허에 포함시켰지만, 낮은 증기 압력으로 인해 효율의 개선이 무시될 수 있다는 것을 깨닫고 이를 [citation needed]추구하지 않았습니다.

와트 엔진에서는 피스톤의 파워 스트로크 전체에 증기가 유입됩니다.스트로크가 끝나면 수증기가 고갈되고 남은 에너지가 응축기에서 낭비되어 수증기가 [citation needed]다시 물로 냉각됩니다.

반면 콘월식 엔진에서는 흡기 밸브가 파워 스트로크 도중에 차단되어 실린더의 해당 부분에 이미 있는 증기가 스트로크의 나머지 부분을 통해 더 낮은 압력으로 팽창할 수 있습니다.따라서 와트 엔진보다 [citation needed]더 많은 양의 에너지가 수집되고 콘덴서로 손실되는 열이 줄어듭니다.

다른 특징으로는 증기 라인과 실린더의 단열재, 실린더의 스팀 재킷이 있습니다.이 두 가지 모두 이전에 [4]와트에 의해 사용되었습니다.

대부분의 콘월 엔진은 관련 산업 회사가 문을 [1]닫았을 때 폐기되었고, 원래의 위치에 남아 있는 것은 거의 없다.

코니쉬 엔진은 사이클 전체에 걸쳐 불규칙한 동력을 발생시켜 다운 스트로크에서 급격한 움직임을 보이면서 한 지점에서 완전히 정지되어 회전 운동 및 대부분의 산업 [4]용도에 적합하지 않습니다.또한 이 작업에는 비정상적인 밸브 기어가 필요합니다. 코니쉬 엔진 밸브 [citation needed]기어를 참조하십시오.

콘월 엔진 개발

콘월 엔진은 리처드 트레비틱이 19세기에 고안한 것처럼 대기압 이상의 증기압을 사용하는 것에 의존했다.트레비틱의 초기 "퍼퍼" 엔진은 증기를 대기 중으로 방출했다.이것은 응축 증기를 실린더에서 실린더에서 분리된 응축기로 이동시키는 와트 증기 엔진과는 다릅니다. 따라서 와트의 엔진은 증기가 응축될 때 진공이 생성되는 것에 의존했습니다.Trevithick의 후기 엔진(1810년대)은 고압 증기로부터 시작하여 피스톤의 반대편으로 전달되어 피스톤이 응축되어 대기압 이하의 엔진으로 작용했다.병렬 개발에서 Arthur Woolf는 복합 증기 엔진을 개발했습니다. 이 엔진은 증기가 [2]대기압보다 높은 압력에 있는 두 개의 실린더에서 연속적으로 팽창합니다.

1816년 트레비틱이 남미로 떠났을 때, 그는 그의 최신 발명품에 대한 특허권을 윌리엄 심스에게 넘겨주었고, 그는 윌리엄 심스(William Sims)에게 넘겼고, 윌리엄 심스는 그 중 한 가지를 40파운드/평방인치(280kPa)의 대기압으로 작동하는 엔진을 포함하여 많은 엔진을 제작하거나 개조했다. 그 엔진은 거의 5천만 파운드의 임무를 완수했지만, 그 효율은 떨어졌다.1825년 Wheal Alfred에서 Trevithick 타입의 단기통 엔진과 Woolf 복합 엔진 간에 테스트가 수행되었으며, 두 엔진 모두 4,000만 [5]개 이상의 임무를 달성했습니다.

다음 개선은 1820년대 후반에 Samuel Grose에 의해 이루어졌으며, 그는 엔진의 파이프, 실린더 및 보일러를 단열함으로써 열 손실을 줄였고, Wheal Hope에서 6천만 명 이상으로, 나중에 Wheal Towan에서 거의 8천만 명으로 증가했습니다.그럼에도 불구하고, 최고의 업무는 일반적으로 기계의 전반적인 열화, 보일러의 누출, 보일러 판의 열화([5]압력을 줄여야 한다는 의미)로 인한 단기간의 성과였다.

약간의 개선으로 듀티가 다소 증가했지만, 엔진은 1840년대 중반까지 실질적인 한계에 도달한 것으로 보입니다.1평방인치(340kPa)당 최대 50파운드(340kPa)의 압력으로 인해 기계가 파손되었을 가능성이 있습니다.코니쉬 스탬프와 변덕을 작동시키는 엔진에서도 동일한 임무 개선이 이루어졌지만, 일반적으로 약간 늦게 이루어졌다.두 경우 모두 펌핑 엔진보다 최고의 듀티가 낮았고, 특히 작업이 [2]중단되는 변덕 엔진의 경우 그러했습니다.

증기 엔진 개선의 추진력은 석탄 가격이 비싸 콘월에서 나왔지만 자본 비용과 유지비가 와트 증기 엔진보다 더 비쌌다.이것은 콘월 외곽에 콘월 엔진의 설치를 오랫동안 지연시켰다.런던 석탄 가격이 콘월보다 훨씬 더 높았기 때문에 1838년 런던 수도공사에 중고 콘월 엔진이 설치되었고, 좋은 결과를 얻은 와트 엔진과 비교된다.그러나 맨체스터와 리즈 같은 주요 섬유 제조 지역에서는 석탄 가격이 너무 낮아서 대체품을 경제적으로 만들 수 없었다.1830년대 후반에서야 섬유 제조업체들은 통상적인 콘월식 [2]관행을 따르지 않고 고압 실린더를 추가하여 복합 엔진을 형성함으로써 고압 엔진으로 전환하기 시작했다.

콘월식 엔진 보존

Pool에 보존된 엔진 하우스 중 하나로, 30인치 엔진이 내장되어 있습니다.
런던수증기박물관의 엔진 밸브로드

영국에는 콘월식 엔진이 몇 개 보존되어 있다.런던 수증기 박물관은 세계에서 가장 많은 콘월 엔진 컬렉션을 보유하고 있습니다.윌트셔의 Crofton Pumping Station에는 두 개의 Cornish 엔진이 있는데, 그 중 한 대(1812 Boulton and Watt)는 "아직 원래 엔진 하우스에서 가장 오래된 빔 엔진이며 실제로 설치된 빔 엔진으로, 케넷과 에이번 [6]운하의 정상 파운드까지 물을 퍼 올릴 수 있습니다."콘월 풀 마을 근처의 이스트 풀 광산 부지에 있는 콘월 광산 및 엔진 박물관에도 두 가지 예가 남아 있습니다.

또 다른 예는 콘월주 트렌이어에 있는 폴닥 광산에서 1840-1850년에 제작된 하비 오브 헤일 코니쉬 빔 엔진으로, 원래는 버니 틴 광산에서, 나중에는 세인트 오스텔 근처의 그린스플래트 차이나 클레이 피트(Greensplat China Clay Pit)에서 채용되었습니다.그것은 더 이상 증기 엔진으로 작동하지 않고 유압 메커니즘에 의해 움직인다.그린스플라트에서 1959년까지 사용되었던 이 엔진은 콘월에서 상업적으로 작동한 마지막 콘월 엔진입니다.그것은 [7]1972년에 폴닥으로 옮겨졌다.

네덜란드의 Cruquius 펌프장에는 직경 3.5m(140인치)의 콘월 엔진용 실린더 중 가장 큰 콘월 엔진이 있습니다.콘월주 헤일의 Harvey & Co에 의해 만들어진 이 엔진은 하나의 실린더에 연결된 8개의 빔을 가지고 있으며 각각의 빔은 하나의 [8]펌프를 구동한다.1985년과 2000년 사이에 엔진은 정상 작동 상태로 복구되었지만, 지금은 증기 작동으로 복구가 [9]불가능했기 때문에 기름으로 채워진 유압 시스템에 의해 작동되고 있습니다.

초기 산업 고고학 조직인 콘월 엔진 보존 위원회는 레반트 와인딩 엔진을 보존하기 위해 1935년에 결성되었습니다.그 위원회는 나중에 리차드 트레비틱의 이름을 따서 개명되었다.그들은 또 다른 권선 엔진과 두 개의 펌프 엔진을 [10]구입했다.그들은 콘월 엔진, 광산 산업, 엔지니어, 그리고 다른 산업 고고학 [11][12]주제에 대한 뉴스레터, 저널 그리고 많은 책들을 출판한다.

「 」를 참조해 주세요.

Wikimedia Commons에는 Cornish 엔진과 관련된 미디어가 있습니다.

레퍼런스

  1. ^ a b Barton, D. B. (1966). The Cornish Beam Engine (New ed.). Truro: D. Bradford Barton.
  2. ^ a b c d Nuvolari, Alessandro; Verspagen, Bart (2009). "Technical choice, innovation and British steam engineering, 1800-1850". Economic History Review. 63 (3): 685–710.
  3. ^ "Archived copy". Archived from the original on 28 July 2015. Retrieved 5 January 2015.{{cite web}}: CS1 maint: 제목으로 아카이브된 복사(링크)
  4. ^ a b Hunter, Louis C. (1985). A History of Industrial Power in the United States, 1730-1930, Vol. 2: Steam Power. Charlottesville: University Press of Virginia.
  5. ^ a b Nuvolari, Alessandro; Verspagen, Bart (2007). "Lean's Engine Reporter and the Cornish Engine". Transactions of the Newcomen Society. 77 (2): 167–190. doi:10.1179/175035207X204806.
  6. ^ "Crofton". Archived from the original on 6 August 2011.
  7. ^ Fyfield-Shayler (1972). The Making of Wendron. Graphmitre Ltd archive.
  8. ^ "Construction". Cruquius Museum. Archived from the original on 19 July 2011. Retrieved 3 August 2009.
  9. ^ "Hydraulic". Cruquius Museum. Archived from the original on 19 July 2011. Retrieved 3 August 2009.
  10. ^ Trevithick Society.강의 및 강연을 엽니다.2012년 9월 22일 취득.
  11. ^ Trevithick Society.Trevithick Society 저널 6-10호트레비틱 협회, 1978년
  12. ^ Trevithick Society.2013년 1월 2일 아카이브.오늘날의 콘월 광산 - 콘월 관련 서적.2012년 9월 22일 취득.

외부 링크