선박용 증기 기관

Marine steam engine
1918년 경의 삼중 팽창 증기 엔진 설비의 주기 컷어웨이 다이어그램.이 특정 다이어그램은 루시타니아 재난 및 기타 사고 이후 이것이 중요한 안전 기능임을 명확히 한 엔진 차단 위치를 보여줍니다.

해양 증기 엔진은 배나 보트에 동력을 공급하기 위해 사용되는 증기 엔진이다.이 기사는 주로 19세기 초 증기선이 출범한 이후부터 제2차 세계대전 중 대규모 제조의 말년에 걸쳐 사용된 왕복형 해양 증기 엔진을 다루고 있다.왕복 증기 엔진은 20세기 동안 점차적으로 증기 터빈과 해양 디젤 엔진으로 대체되었다.

역사

상업적으로 성공한 최초의 증기 엔진은 1712년 토마스 뉴코멘에 의해 개발되었다.18세기 후반 제임스 와트에 의해 도입된 증기 엔진 개선은 증기 엔진 효율을 크게 향상시켰고 보다 콤팩트한 엔진 배치를 가능하게 했다.영국의 해양 용도에 증기 엔진을 성공적으로 적응시키려면 스코틀랜드 엔지니어 윌리엄 사이밍턴이 1802년 [1]세계 최초의 "실용 증기선"인 샬롯 던다스를 만든 뉴코멘 이후 거의 한 세기 동안 기다려야 했다.경쟁하는 발명가 제임스 럼시와 존 피치가 미국에서 증기선을 만든 최초의 사람들이다.Rumsey는 1787년 포토맥 강에서 증기선 디자인을 선보였지만, 1790년 델라웨어 [2]강에서 그의 성공적인 테스트 결과 승객 서비스를 얻은 후 경쟁상대에서 승리했다.1807년, 미국인 로버트 풀튼은 단순히 노스 리버 증기선으로 알려져 있고 와트 엔진으로 구동되는 세계 최초의 상업적으로 성공한 증기선을 만들었다.

풀턴의 성공 이후, 대서양 양쪽에서 증기선 기술이 빠르게 발전했다.증기선은 처음에는 단거리였고 무게, 저출력, 고장 경향 때문에 특별히 항해에 적합하지는 않았지만, 강이나 운하를 따라, 그리고 해안을 따라 짧은 여행을 위해 성공적으로 사용되었다.1819년 사바나가 조지아 주 사바나에서 영국 리버풀로 항해했을 때 처음으로 기선으로 대서양을 횡단하는 데 성공했다.대서양을 정기적으로 횡단한 최초의 기선은 1838년 [3]사이드휠 기선 그레이트 웨스턴이었다.

19세기가 지나면서 해양 증기 기관과 증기선 기술이 함께 발전했다.패들 추진은 점차 스크류 프로펠러로 바뀌었고, 전통적인 나무 선체를 대체하기 위해 철과 이후의 강철 선체의 도입으로 선박은 더욱 더 크고 복잡하고 강력한 [4]증기 발전소를 필요로 했다.

선박용 증기기관의 종류

일반적인 수직 트리플 익스팬션 엔진의 애니메이션

19세기에 걸쳐 다양한 종류의 왕복 해양 증기 엔진이 개발되었습니다.이러한 엔진을 분류하는 두 가지 주요 방법은 연결 메커니즘과 실린더 기술입니다.

대부분의 초기 해양 엔진은 동일한 실린더 기술(단순 팽창, 아래 참조)을 사용했지만 크랭크축에 전원을 공급하는 다양한 방법(즉, 연결 메커니즘)이 사용되었습니다.따라서 초기 선박용 엔진은 대부분 연결 메커니즘에 따라 분류됩니다.일부 일반적인 연결 메커니즘은 사이드 레버, 첨탑, 보행 빔 및 직동 방식이었다(다음 섹션 참조).

그러나 증기 엔진은 실린더 기술(단순 팽창, 복합, 고리형 등)에 따라 분류할 수도 있다.따라서 두 가지 방법으로 분류된 엔진의 예를 찾을 수 있다.엔진은 복합 보행빔형, 기통기술인 화합물, 접속방법인 보행빔으로 할 수 있다.시간이 지남에 따라 대부분의 엔진이 직접 작동하게 되었지만 실린더 기술이 더욱 복잡해짐에 따라 사람들은 실린더 기술에 따라 엔진을 분류하기 시작했습니다.

보다 일반적으로 접하는 해양 증기 엔진 유형은 다음 섹션에 나열되어 있습니다.이 용어들이 모두 해상 어플리케이션에만 적용되는 것은 아니라는 점에 유의하십시오.

연결 메커니즘별로 분류된 엔진

사이드 레버

사이드 레버 엔진은 유럽에서 [5][6]해양용으로 널리 채택된 최초의 증기 엔진이었다.증기 항행 초기(c1815년부터)에, 사이드 리버는 유럽에서 내륙 수로 및 연안 서비스를 위한 가장 일반적인 유형의 해양 엔진이었으며,[7] 수년 동안 대서양 양쪽에서 해양 항행 서비스를 위해 선호되는 엔진으로 남아 있었다.

사이드 레버는 증기 엔진의 가장 초기 형태인 빔 엔진을 개조한 것입니다.일반적인 사이드 레버 엔진에는 사이드 레버라고 불리는 무거운 수평 철제 빔 한 쌍이 있으며, 이 빔은 핀으로 엔진 중앙에서 엔진 바닥까지 연결됩니다.이 접속에 의해 레버가 회전할 수 있는 아크가 제한되었습니다.이러한 레버는 실린더 측에서 수직 엔진 실린더 바닥의 각 측면까지 연장되었습니다.피스톤에 수직으로 연결된 피스톤 로드가 실린더 상단에서 연장됩니다.이 로드는 수평 크로스헤드에 부착되며, 각 단부에서 수직 로드(사이드 로드라고도 함)에 연결됩니다.이 막대들은 실린더 양쪽에 있는 레버에 연결되어 있었다.이렇게 하면 레버가 엔진의 실린더 측 피스톤에 연결됩니다.레버의 다른 쪽(레버 피벗의 반대쪽 끝과 실린더)은 수평 크로스스테이일로 서로 연결되어 있습니다.이 크로스 레일은 크랭크축을 회전시키는 단일 커넥팅 로드에 차례로 연결되고 작동됩니다.크랭크축의 회전은 레버에 의해 구동되었으며, 실린더 측에서는 피스톤의 수직 [8]진동에 의해 구동되었습니다.

사이드 레버 엔진의 주요 단점은 크고 [6]무겁다는 것이었다.내륙 수로와 해안 서비스를 위해, 곧 더 가볍고 효율적인 설계가 그것을 대체했다.그러나 19세기 전반기 내내 해양 항해 서비스의 지배적인 엔진 유형으로 남아있었다. 왜냐하면 상대적으로 낮은 무게중심으로 인해 거친 [7]바다에서 선박이 더 안정적이기 때문이다.그것은 또한 비교적 낮은 높이가 전투 피해를 덜 입게 해주었기 때문에 [9]군함에서 흔히 볼 수 있는 초기 엔진이었다.1820년부터 1840년까지 70척의 증기선이 취역했으며, 대부분은 4psi의 최대 [9]압력으로 설정된 보일러를 사용하여 사이드 레버 엔진을 장착했다.낮은 증기 압력은 피스톤에 대한 유효 압력이 보일러 압력과 응축기 내 진공의 차이였음에도 불구하고 사이드 레버 엔진의 실린더 크기를 증가시켰습니다.

사이드 레버 엔진은 패들 휠 엔진이었고 나사 프로펠러를 구동하는 데 적합하지 않았습니다.대서양 횡단 운항을 위해 건조된 마지막 배는 Cunard Line의 패들 기선 RMS Scotia로,[10] 1862년 취역했을 때 시대착오적인 것으로 여겨졌다.

  • Side-lever engine of SS Pacific (1849)

    SS 퍼시픽의 사이드 레버 엔진(1849년)

  • Side-lever engine of RMS Persia (1855)

    RMS 페르시아의 사이드 레버 엔진(1855)

  • Model of the twin side-lever engines of the 1836 Thames River steamboat Ruby

    1836년 템즈강 증기선 루비의 트윈 사이드 레버 엔진 모델

  • Early Napier side-lever engine from PS Leven, on display at Dumbarton, Scotland

    스코틀랜드 Dumbarton에 전시된 PS Leven의 얼리 네이피어 사이드 레버 엔진

베짱이

메뚜기 엔진 다이어그램
상세 정보: Grasspper 빔 엔진

메뚜기 또는 '하프-레버' 엔진은 사이드-레버 [11]엔진의 변형이었다.그라스호퍼 엔진은 레버 피벗과 커넥팅 로드의 위치가 다소 반대인 반면, 피벗은 레버의 한쪽 끝에 위치하는 반면 커넥팅 로드는 실린더의 한쪽 끝과 다른 [12]쪽 끝의 피벗 사이에 있는 레버에 부착된다는 점에서 기존 사이드 레버와 다릅니다.

메뚜기 엔진의 주요 장점은 저렴한 구조와 견고함이었다. 다른 어떤 종류의 해양 증기 엔진보다 유지보수가 덜 필요한 것으로 알려져 있다.또 다른 장점은 어떤 크랭크 위치에서도 엔진을 쉽게 시동할 수 있다는 것입니다.그러나 기존의 사이드 레버 엔진과 마찬가지로 메뚜기 엔진은 무게와 크기 때문에 불리했다.그것들은 주로 강보트와 [12]예인선과 같은 작은 수상 선박에 사용되었다.

십자선(사각형)

사각, 제재소 또는 A-프레임 엔진으로도 알려진 크로스헤드 엔진은 미국에서 사용되는 패들휠 엔진의 한 종류였다.그것은 미국 증기 [13]항해 초기에 가장 흔한 엔진이었다.

크로스헤드 엔진은 크랭크축 위쪽에 수직 실린더가 있으며, 피스톤 로드는 수평 크로스헤드에 고정되어 있으며, 이 크로스헤드의 양쪽 끝에서 커넥팅 로드가 연장되어 별도의 크랭크축을 [14]회전하는 것으로 설명됩니다.크로스헤드는 수직 가이드 내에서 이동하므로 어셈블리가 [15]이동할 때 올바른 경로를 유지할 수 있습니다.엔진의 대체 이름인 "A-frame"은 이러한 가이드를 지원하는 프레임의 모양에서 유래한 것으로 추정됩니다.일부 크로스헤드 엔진은 두 개 이상의 실린더를 가지고 있었으며, 이 경우 피스톤 로드는 대개 동일한 크로스헤드에 연결되었습니다.이러한 유형의 엔진 초기 사례의 특이한 특징은 부드러운 작동을 보장하기 위해 필요하다고 생각되는 크랭크축에 연결된 플라이휠의 설치였다.이 기어들은 작동 중에 종종 소음이 있었다.

이러한 유형의 엔진에서는 실린더가 크랭크축 위에 있었기 때문에 무게 중심이 높았고, 따라서 오션잉 서비스에 [16]적합하지 않은 것으로 간주되었습니다.이것은 주로 내륙 수로용으로 [14]건조된 선박에 국한되었다.19세기에 걸쳐 선박용 엔진이 꾸준히 커지고 무거워짐에 따라 사각 크로스헤드 엔진의 높은 무게중심은 점점 더 실용적이지 않게 되었고, 1840년대에 이르러 선박 건조업자들은 워킹빔 [17]엔진을 위해 그것들을 버렸다.

"크로스헤드"는 첨탑 엔진(아래)의 대체 이름이므로 이 엔진의 이름이 혼동을 일으킬 수 있습니다.따라서 많은 출처는 혼동을 피하기 위해 "사각형" 엔진이라는 비공식 이름을 사용하는 것을 선호한다.또한 이 절에서 설명하는 선박용 크로스헤드 또는 사각 엔진은 내연기관에 적용되는 용어인 "사각형 엔진"과 혼동해서는 안 되며, 후자의 경우 보어가 스트로크와 동일한 엔진을 의미한다.

  • Model of a crosshead or "square" engine, showing location of engine cylinder above the crankshaft; also piston rod, crosshead, connecting rods and paddlewheels

    크랭크축 위의 엔진 실린더 위치를 보여주는 크로스헤드 또는 "사각형" 엔진 모델. 피스톤 로드, 크로스헤드, 커넥팅 로드 및 패들 휠도 표시됩니다.

  • Diagram of a typical Hudson River steamboat crosshead engine (side view)

    전형적인 허드슨강 증기선 크로스헤드 엔진 다이어그램(측면도)

  • The 1836 paddle steamer New York. Between the paddlewheels is the tall square or "A-frame" engine, within which can be seen the long piston rod, near the top of its stroke, making a "T" with the horizontal crosshead

    1836년식 패들 기선 뉴욕.패들 휠 사이에는 높은 사각 또는 "A-프레임" 엔진이 있으며, 그 안에서 스트로크 상단 부근에 있는 긴 피스톤 로드가 수평 크로스헤드와 함께 "T"를 만드는 것을 볼 수 있습니다.

워킹빔

"수직 빔", "오버헤드 빔" 또는 간단히 "빔"으로 알려진 워킹 빔은 빔 엔진의 또 다른 초기 적응이었지만,[18] 그 사용은 거의 전적으로 미국에 국한되었다.그 도입 이후, 워킹 빔은 순식간에 미국에서 내륙 수로 및 해안 서비스로 가장 인기 있는 엔진 타입이 되었고, 이 타입은 1940년대까지 가끔 제조된 워킹 빔 엔진과 함께 놀라운 수명을 가진 것으로 입증되었습니다.해양 용도에서는, 빔이 놓여진 지지대는 종종 나무로 만들어졌지만, 빔 자체는 일반적으로 독특한 다이아몬드 모양을 주는 철제 스트럿으로 강화되었습니다."걷기"라는 형용사는 배의 갑판 위로 높이 솟아오른 빔이 작동하는 것을 볼 수 있고, 그것의 흔들림 동작이 (어느 정도) 걷는 동작에 비유되었기 때문에 적용되었다.

워킹빔 엔진은 패들휠 엔진의 한 종류였고 프로펠러에 동력을 공급하는 데 거의 사용되지 않았다.그것들은 주로 강, 호수, 그리고 해안선에서 일하는 배와 보트에 사용되었지만, 엔진의 높은 높이가 [19]배를 거친 바다에서 덜 안정되게 만들었기 때문에 시고 선박에는 그다지 인기가 없었다.엔진이 적의 포화에 노출되어 쉽게 무력화될 수 있었기 때문에 군사적으로도 사용이 제한적이었다.미국에서 그들의 인기는 주로 워킹빔 엔진이 미국의 얕은 해안과 내륙 [18]수로에서 운항하는 얕은 드래프트 보트에 적합했기 때문이다.

워킹빔 엔진은 20세기 초까지 미국 선박과 유람선 운항에서 인기를 유지했다.워킹빔 엔진은 19세기 후반에 기술적으로 구식이 되었지만, "워킹빔"을 보길 기대했던 유람선 승객들에게 여전히 인기가 있었다.또한 미국에서 워킹 빔 엔진을 유지하는 데는 기술적인 이유가 있었습니다. 왜냐하면 그것은 제작이 더 쉽고, 그것의 구조에 있어서 정확성이 덜 요구되었기 때문입니다.보다 현대적인 엔진 설계에 철 주물을 사용하는 일반적인 방법보다 훨씬 저렴한 비용으로 엔진의 메인 프레임에 목재를 사용할 수 있습니다.연료 또한 유럽보다 미국에서 훨씬 저렴했기 때문에 워킹 빔 엔진의 낮은 효율은 고려 사항이 되지 않았습니다.필라델피아 조선업체 찰스 H. 아이그(Charles H. Cirg)는 19세기 중후반 미국이 영국 조선산업에 대한 전반적인 경쟁력 부족을 워킹빔과 관련 패들휠 롱과 같은 구식 기술에 끈질기게 매달린 국내 조선업체와 해운라인 소유주들의 보수주의 탓으로 돌렸다.세계 [20]다른 지역에 버려진 후에요

  • Basic diagram of a walking beam engine

    보행빔 엔진의 기본도

  • USS Delaware (1861). The vessel's diamond shaped "walking beam" can clearly be seen amidships

    USS 델라웨어(1861년).선박의 다이아몬드 모양의 '보행빔'은 선박 가운데서도 선명하게 보인다.

첨탑

첨탑 엔진

때때로 "크로스헤드" 엔진이라고 불리는 첨탑 엔진은 보행빔과 사이드리버 유형 모두에 공통적인 빔 개념에서 벗어나 더 작고 가볍고 효율적인 디자인을 고안하기 위한 초기 시도였습니다.첨탑 엔진에서 피스톤의 수직 진동은 빔 엔진과 같이 수평 요동 운동으로 변환되지 않고 대신 엔진 상단의 수직 가이드를 통해 크로스 헤드와 2개의 로드로 구성된 어셈블리를 이동시키고, 이 어셈블리는 다시 [21]하단의 크랭크축 커넥팅 로드를 회전시킵니다.이 유형의 초기 예에서 크로스헤드 어셈블리는 직사각형 모양이었지만 시간이 흐르면서 긴 삼각형으로 다듬어졌다.엔진 실린더 위쪽에 있는 삼각형 어셈블리는 엔진에 특유의 "스텝" 형태를 부여하므로 이름이 붙여집니다.

첨탑 엔진은 보행빔 엔진처럼 높았지만 가로로 훨씬 좁아 공간과 무게를 모두 절약했다.그 높이와 높은 무게중심으로 인해, 그것들은 보행 보와 같이 해양 항행 서비스에는 덜 적합하다고 여겨졌지만, 특히 유럽에서, 내륙 수로와 해안 [22]선박에 대해 수십 년 동안 높은 인기를 유지했다.

첨탑 엔진은 1830년대에 증기선에 등장하기 시작했고 그 유형은 1840년대 초에 스코틀랜드 조선업자 데이비드 네이피어에 [23]의해 완성되었다.첨탑 엔진은 다양한 유형의 직동 엔진으로 점차 대체되었습니다.

샴

"이중 실린더" 또는 "쌍둥이 실린더" 엔진이라고도 불리는 샴 엔진은 빔 또는 사이드 레버 엔진의 또 다른 초기 대안이었다.이 유형의 엔진은 두 개의 동일한 수직 엔진 실린더를 나란히 배치하고 피스톤 로드를 공통의 T자형 크로스헤드에 부착했습니다.크로스헤드의 수직 암은 두 실린더 사이에서 아래로 뻗어나갔고 하단에 크랭크축 커넥팅 로드와 실린더의 수직 측면 사이에서 미끄러지는 가이드 블록에 부착되어 어셈블리가 [24]이동할 때 올바른 경로를 유지할 수 있었습니다.

샴 엔진은 영국인 엔지니어 조셉 모드슬레이(헨리의 아들)가 발명했지만,[25] 그가 발명한 엔진(아래 참조)은 교체하도록 설계된 사이드 레버 엔진보다 약간 작고 가벼웠기 때문에 널리 받아들여지지 않았다.그러나 그것은 나사 프로펠러를 장착한 최초의 군함인 HMS 래틀러를 포함한 많은 세기 중반의 군함에 사용되었다.

  • Basic diagram of a Siamese engine

    샴 엔진의 기본 다이어그램

  • Diagram of an annular engine (see below) with Siamese connection mechanism

    샴 연결 메커니즘이 있는 고리형 엔진(아래 참조)의 다이어그램

  • Siamese engine of HMS Retribution (1844)

    HMS의 Siamese 엔진(1844)

직접 연기

19세기 문헌에서 접한 직동 엔진의 정의는 두 가지가 있습니다.이전의 정의는 빔(즉, 보행 빔, 사이드 레버 또는 메뚜기) 엔진을 제외한 모든 유형의 엔진에 "직동"이라는 용어를 적용한다.이후 정의에서는 피스톤 로드 및/또는 커넥팅 [26]로드를 통해 크랭크축에 직접 동력을 공급하는 엔진에 대해서만 이 용어를 사용합니다.특별히 명기되어 있지 않는 한, 이 문서에서는 이후의 정의를 사용합니다.

사이드 레버나 빔 엔진과 달리, 직접 작동 엔진은 패들 휠이나 프로펠러에 동력을 공급하기 위해 쉽게 개조될 수 있습니다.직동 엔진은 낮은 프로파일을 제공할 뿐 아니라 빔 또는 사이드 레버 엔진에 비해 크기가 작고 무게가 상당히 작다는 장점이 있었습니다.영국 해군에 따르면 직동 엔진(초기 해상도)의 무게는 평균 40% 적었고 엔진룸은 같은 출력의 사이드 레버의 3분의 2 크기만 필요로 했다.이러한 엔진의 단점 중 하나는 마모와 파손이 더 심하기 때문에 [25]유지보수가 더 필요하다는 것입니다.

발진

주요 기사:진동 실린더 증기 엔진

진동 엔진은 엔진 크기와 무게를 더 줄이도록 설계된 직동 엔진의 한 종류였습니다.진동하는 엔진에는 피스톤 로드가 크랭크축에 직접 연결되어 있어 커넥팅 로드가 필요하지 않았습니다.이를 위해 엔진 실린더는 대부분의 엔진과 같이 움직이지 않고 크랭크축이 회전할 때 실린더 자체가 앞뒤로 회전하도록 하는 트러니언으로 중앙에 고정되었습니다. 따라서 이 용어는 [27]진동합니다.증기는 트라니온을 통해 공급되고 배출되었다.실린더의 진동 운동은 보통 트라니온의 포트를 정렬하여 증기의 공급과 배기가스를 정확한 시간에 실린더로 유도하는 데 사용되었습니다.그러나 진동하는 동작에 의해 제어되는 별도의 밸브가 종종 제공되었습니다.이를 통해 패들십 PD Krippen의 엔진과 같이 확장 작업이 가능하도록 타이밍을 변경할 수 있습니다.이것은 심플함을 제공하지만 콤팩트함의 장점은 그대로 간직하고 있습니다.

최초의 특허 발진 엔진은 1827년 조셉 모드슬레이에 의해 만들어졌지만, 그 유형은 존 펜에 의해 완성되었다고 여겨진다.진동 엔진은 19세기 [27]내내 인기 있는 형태의 해양 엔진으로 남아 있었다.

  • Model of a Maudslay oscillating engine

    모드레이 발진 엔진 모델

  • Oscillating paddlewheel engines of HMS Black Eagle. Oscillating engines could be used to drive either paddlewheels or propellers.

    HMS 블랙이글의 진동하는 패들휠 엔진.진동 엔진은 패들휠이나 프로펠러를 구동하는 데 사용될 수 있다.

  • Oscillating engine built in 1853 by J. & A. Blyth of London for the Austrian paddle steamer Orsova

    1853년 J. A. 블라이스(런던)가 오스트리아 패들 기선 오르소바(Orsova)를 위해 만든 진동 엔진

트렁크.

또 다른 직동 엔진인 트렁크 엔진은 원래 긴 스트로크를 유지하면서 엔진 높이를 줄이기 위한 수단으로 개발되었습니다(이 때 긴 스트로크는 부품에 대한 부담을 줄여주기 때문에 중요했습니다).

트렁크 엔진은 큰 직경의 중공 피스톤 내부에 커넥팅 로드를 배치합니다.이 "트렁크"는 하중이 거의 없습니다.트렁크 내부는 외부 공기로 개방되어 있으며 피스톤 헤드의 거전 핀을 외부 크랭크축에 연결하는 커넥팅 로드의 좌우 운동을 수용할 수 있을 정도로 넓습니다.

트렁크 벽은 피스톤에 볼트로 고정하거나 피스톤과 일체적으로 주조하여 피스톤과 함께 앞뒤로 움직였습니다.실린더의 작동 부분은 고리 모양 또는 링 모양이며, 트렁크가 실린더 [28][29]자체의 중심을 통과합니다.

트렁크 엔진의 초기 예는 수직 실린더를 가지고 있었다.하지만, 조선업자들은 그 활자가 용골을 가로질러 수평으로 놓여질 정도로 충분히 컴팩트하다는 것을 금세 깨달았다.이 구성에서, 그것은 적의 포격으로부터 가능한 한 안전하게 선박의 수면선 아래에 완전히 들어갈 수 있을 정도로 충분히 낮은 프로파일을 가지고 있었기 때문에 해군에게 매우 유용했다.그 활자는 일반적으로 존 펜에 의해 군 복무를 위해 제작되었다.

트렁크 엔진은 19세기 중반의 [29]군함에서 흔히 사용되었다.그들은 또한 소형 크기와 낮은 무게중심으로 가치가 있지만 운영 비용이 많이 드는 상업용 선박에 동력을 공급했습니다.그러나 트렁크 엔진은 19세기 후반에 널리 퍼진 높은 보일러 압력으로 인해 잘 작동하지 않았고, 건설업자들은 다른 [29]해결책을 찾기 위해 트렁크 엔진을 포기했다.

트렁크 엔진은 보통 큰 편이었지만 크림 전쟁을 위해 작고 대량 생산되고, 고회전 고압 버전이 생산되었다.꽤 효과적이었기 때문에, 그 유형은 이후의 [30]함정에서도 지속되었다.건보트 형태의 트렁크 엔진은 프리만틀에 있는 웨스턴 오스트레일리아 박물관에 있습니다.1872년 침몰한 뒤 1985년 SS 크산토에서 인양돼 현재는 손으로 [31]뒤집을 수 있다.이 엔진의 작동 모드는, 그 콤팩트한 성질을 나타내며, 크산토 프로젝트의 [32]웹사이트에서 볼 수 있었다.

  • Trunk engine illustration

    트렁크 엔진 그림

  • Cutaway view of trunk engine of HMS Bellerophon, showing (on the left) engine cylinder, annular piston and trunk assembly, and connecting rod inside trunk

    HMS Bellerophon의 트렁크 엔진 컷어웨이 뷰(왼쪽) 엔진 실린더, 고리형 피스톤 및 트렁크 어셈블리, 트렁크 내부 커넥팅 로드 표시)

  • Looking down at the trunk engine of HMS Warrior (1860). The connecting rod can be seen emerging from the trunk at right.

    HMS Warrior(1860)의 트렁크 엔진을 내려다본다.커넥팅 로드는 우측 트렁크에서 나오는 것을 볼 수 있습니다.

진동 레버

USS 모나드녹(1863)의 진동 레버 엔진 - 전면도

진동 레버, 즉 반 트렁크 엔진은 스웨덴계 미국인 엔지니어 존 에릭슨이 고안한 전통적인 트렁크 엔진의 발전이었다.에릭슨은 미국 연방 정부의 모니터에 전력을 공급하기 위해 트렁크 엔진과 같은 작고 눈에 띄지 않는 엔진이 필요했는데, 이 엔진은 남북전쟁 때 개발된 군함으로서 전통적인 발전소를 [33]위한 공간이 거의 없었다.그러나 트렁크 엔진 자체는 이 목적에 적합하지 않았습니다.왜냐하면 중량이 실린더와 트렁크를 포함하는 엔진 쪽에 우세했기 때문입니다.이것은 설계자가 소형 모니터 군함에서 해결할 수 없는 문제입니다.

외부 비디오
video icon USS 모니터의 진동 레버 엔진 모델 작동 중

에릭슨은 두 개의 수평 실린더를 엔진 중앙에 나란히 배치하고, 두 개의 "진동 레버"를 양쪽에 하나씩 작동시켜 샤프트와 추가 레버를 통해 중앙에 위치한 크랭크축을 [33]회전시킴으로써 이 문제를 해결했습니다.진동 레버 엔진은 나중에 다른 군함과 상선에서 사용되었지만, 미국과 에릭슨의 모국인 스웨덴에서 [34]건조된 선박에만 사용되었고, 전통적인 엔진에 비해 이점이 거의 없었기 때문에 곧 다른 유형으로 대체되었다.

백 연기

리턴 커넥팅 로드 엔진이라고도 하는 역작용 엔진은 프로필이 매우 낮도록 설계된 또 다른 엔진입니다.역작용 엔진은 사실상 배의 [34]용골 위에 수직으로 서 있는 것이 아니라 수평으로 놓인 변형된 첨탑 엔진이었다.그러나 일반적인 첨탑 엔진에서 볼 수 있는 삼각형 크로스헤드 어셈블리 대신, 역동 엔진은 일반적으로 크로스헤드에서 종단되는 두 개 이상의 가늘고 평행한 피스톤 로드 세트를 사용하여 동일한 기능을 수행합니다."역작용" 또는 "리턴 커넥팅 로드"라는 용어는 커넥팅 로드가 엔진 실린더 반대쪽 엔진 측면에서 "되돌아가"거나 되돌아와 중앙에 위치한 크랭크축을 [35]회전시킨다는 사실에서 유래한다.

역동 엔진은 19세기 중반 군함과 상선 모두에서 인기를 끌었던 또 다른 엔진이었지만, 급변하는 기술 시대에 다른 많은 엔진과 마찬가지로 결국 다른 해결책을 찾기 위해 버려졌다.현재 미국 상선 [36][37]박물관의 전시의 중심축인 TV 에머리 라이스(옛 USS 레인저)의 역동 엔진 중 유일하게 남아 있습니다.

  • Diagram of back-acting engine of USS Ranger

    USS 레인저의 역동 엔진도

  • Return connecting rod engine of HMS Agincourt (1865)

    HMS Agincourt의 리턴 커넥팅 로드 엔진(1865)

세로

19세기 내내 증기선의 크기와 톤수가 꾸준히 증가함에 따라, 그에 따라 낮은 프로파일, 낮은 무게중심의 엔진의 필요성이 감소하였다.이러한 설계 제약으로부터 점차 해방되어 엔지니어는 보다 단순하고 효율적이며 유지보수가 용이한 설계로 되돌아갈 수 있었습니다.그 결과 소위 "수직" 엔진의[26] 우세가 커졌습니다(더 정확히는 수직 역직동 엔진으로 알려져 있습니다).

이 유형의 엔진에서 실린더는 크랭크축 바로 위에 위치하며,[26] 피스톤 로드/커넥팅 로드 어셈블리가 둘 사이에 거의 직선을 형성합니다.이 구성은 현대의 내연 엔진과 유사합니다(증기 엔진이 이중으로 작동한다는 점이 한 가지 주목할 만한 차이입니다. 반면, 거의 모든 내연 엔진은 하향 행정에서만 동력을 생성합니다).수직 엔진은 다른 19세기 증기 기술인 증기 [38]해머와 외관이 거의 비슷하기 때문에 "해머", "위조 해머" 또는 "증기 해머" 엔진으로 불리기도 한다.

수직 [26][38]엔진은 19세기 말에 거의 모든 종류의 해양 증기 엔진을 대체하게 되었다.수직 엔진은 매우 보편화되었기 때문에 일반적으로 그렇게 지칭되지 않고 실린더 기술(즉, 복합, 3중 팽창, 4중 팽창 등)에 기초하여 지칭됩니다.이러한 유형의 엔진에 대한 "수직"이라는 용어는 정확하지 않다. 왜냐하면 기술적으로 모든 유형의 증기 엔진은 실린더가 수직을 향하는 경우 "수직"이기 때문이다.누군가가 "수직"이라고 설명하는 엔진은 조건 없이 "수직"이라는 용어를 사용하지 않는 한 수직 역직동 유형이 아닐 수 있다.

  • Diagram of a simple "hammer" engine

    단순한 "망치" 엔진 다이어그램

  • Vertical triple-expansion engine of USS Wisconsin (BB-9). The typical vertical engine arrangement of cylinder, piston rod, connecting rod and crankshaft can clearly be seen in this photo.

    USS 위스콘신(BB-9)의 수직 3중 팽창 엔진.실린더, 피스톤 로드, 커넥팅 로드 및 크랭크축의 일반적인 수직 엔진 배열을 이 사진에서 명확하게 볼 수 있습니다.

실린더 기술에 따라 분류된 엔진

심플한 확장

단순 팽창 엔진은 증기를 한 단계만 통해 팽창시키는 증기 엔진입니다. 즉, 모든 실린더가 동일한 압력으로 작동됩니다.이는 선박용 엔진 개발 초기에 가장 일반적인 엔진 유형이었기 때문에 "단순 확장"이라는 용어는 거의 찾아볼 수 없습니다.엔진은 달리 명시되지 않은 한 단순 팽창으로 가정한다.

컴파운드

복합 엔진은 여러 압력 수준에서 두 단계 이상의 실린더를 작동하는 증기 엔진입니다.복합 엔진은 효율을 향상시키는 방법이었다.복합 엔진이 개발되기 전까지 증기 엔진은 증기를 보일러로 재활용하기 전에 단 한 번만 사용했습니다.복합 엔진은 열 에너지를 더 많이 사용하기 위해 증기를 먼저 하나 이상의 더 큰 저압 두 번째 실린더로 재활용합니다.복합 엔진은 배의 경제성과 속도를 높이도록 구성할 수 있다.일반적으로 복합 엔진은 다양한 압력 실린더를 가진 증기 엔진을 지칭할 수 있습니다. 그러나 이 용어는 보통 두 개의 다른 압력(또는 "이중 팽창"[39] 엔진)으로 실린더를 작동하는 두 단계만 통해 증기를 팽창시키는 엔진을 가리킵니다.

복합 엔진(다중 팽창 엔진 포함, 아래 참조)은 두 개 이상의 가변 압력 실린더 세트를 가질 수 있습니다.예를 들어, 엔진에 압력 x로 작동하는 실린더 2개와 압력 y로 작동하는 실린더 2개 또는 압력 x로 작동하는 실린더 1개와 압력 y로 작동하는 실린더 3개가 있을 수 있습니다.다중 팽창이 아닌 복합(또는 이중 팽창)을 만드는 이유는 x와 [40]y의 두 가지 압력만 있기 때문입니다.

배에 설치된 것으로 추정되는 최초의 복합 엔진은 미국인 엔지니어 제임스 P에 의해 헨리 에크포드에 장착되었다.1824년 앨리어하지만, 많은 소식통들은 해양 복합 엔진의 "발명"이 1850년대 글래스고의 존 엘더 때문이라고 말한다.엘더는 복합 엔진을 개량하여 처음으로 [41][42]해양 횡단 항해를 안전하고 경제적으로 할 수 있게 되었다.

트리플 또는 멀티 확장

3단 팽창 엔진은 증기를 3단계로 팽창시키는 복합 엔진입니다. 예를 들어, 3개의 기통으로 이루어진 엔진과 같은 세 가지 압력으로 증기를 팽창시키는 엔진입니다.4단 팽창 엔진은 증기를 4단 팽창시키는 [40]등 계속합니다.그러나 위에서 설명한 바와 같이, RMS 타이타닉은 4기통, 3단 [43]팽창 엔진을 가지고 있어 실린더 수가 아니라 팽창 단계의 수가 엔진을 정의합니다.최초의 성공적인 상업적 사용은 알렉산더 C에 의해 스코틀랜드의 Govan에서 만들어진 엔진이었다. 1881년 [44]SS 애버딘의 커크.

다연장 엔진 제조는 20세기까지 계속되었다.제2차 세계대전 중 미국이 건조했던 2,700척의 리버티호는 모두 3중 팽창 엔진으로 구동되었다. 왜냐하면 해양 증기 터빈을 제조하는 미국의 능력은 전적으로 군함의 건조로 향했기 때문이다.전쟁 중 가장 큰 3중 팽창 엔진 제조업체는 조슈아 헨디 아이언 워크스였다.전쟁이 끝날 무렵, 터빈으로 움직이는 빅토리호가 점점 [45]더 많이 제작되었다.

  • A Joshua Hendy triple-expansion engine

    조슈아 헨디 트리플 익스팬션 엔진

  • A triple-expansion engine on the Lydia Eva (steam drifter)

    리디아 에바(증기 드리프터)의 트리플 익스팬션 엔진

  • A triple-expansion engine on the 1907 oceangoing tug Hercules

    1907년식 원양 예인 헤라클레스의 3중 팽창 엔진

  • 140-ton – also described as 135-ton – vertical triple-expansion engine of the type used to power World War II Liberty ships, assembled for testing prior to delivery. The engine is 21 feet (6.4 meters) long and 19 feet (5.8 meters) tall and was designed to operate at 76 rpm and propel a Liberty ship at about 11 knots (12.7 mph; 20.4 km/h).

    140톤 – 또한 135톤 – 제2차 세계 대전 리버티 선박의 동력을 공급하기 위해 사용된 유형의 수직 3중 팽창 엔진으로, 인도 전 테스트를 위해 조립되었습니다.이 엔진은 길이 6.4m, 높이 19피트(5.8m)로 76rpm으로 작동하며 리버티호는 약 11노트(12.7mph)의 속도로 추진하도록 설계됐다.

고리 모양의

고리형 엔진은 고리형([46]링 모양) 실린더를 가진 특이한 유형의 엔진입니다.미국인 선구자 엔지니어 제임스 P. 알레어의 초기 복합 엔진은 고리형이었으며, 더 작은 고압 실린더가 더 큰 링 모양의 저압 [47]실린더의 중앙에 배치되었다.트렁크 엔진은 또 다른 유형의 고리형 엔진이었다.세 번째 유형의 고리형 해양 엔진은 샴 엔진 연결 메커니즘을 사용했지만, 두 개의 개별 실린더 대신 크로스헤드의 수직 암 주위에 하나의 고리 모양의 실린더가 감겨 있었습니다(위의 "[48]샴" 아래의 도표 참조).

기타 조건

일부 다른 용어들은 그 시대의 해양 엔진 문헌에서 볼 수 있다.아래에 나열된 이러한 용어는 일반적으로 위에 나열된 하나 이상의 기본 엔진 분류 용어와 함께 사용됩니다.

간단하죠.

단순 엔진은 엔진에 장착된 실린더 수에 관계없이 증기의 단일 팽창으로 작동하는 엔진입니다.19세기 중반까지, 일부 선박은 여러 기통 단순 엔진 및/또는 두 개 이상의 엔진을 가지고 있었지만, 대부분의 선박은 한 기통만 가진 엔진을 가지고 있었다.

이중 연기

복동 엔진은 피스톤의 양쪽에 증기가 인가되는 엔진입니다.이전의 증기 엔진은 한 방향으로만 증기를 가하여 운동량 또는 중력이 피스톤을 원래 위치로 되돌릴 수 있도록 했지만, 이중 작동 엔진은 증기를 사용하여 피스톤을 양방향으로 강제함으로써 회전 속도와 [49]출력을 높였습니다."단순 엔진"이라는 용어와 마찬가지로, "이중 작동"이라는 용어는 거의 모든 선박용 엔진이 이중 작동 유형이었기 때문에 문헌에서 덜 자주 볼 수 있습니다.

수직, 수평, 경사, 반전

이 용어는 엔진 실린더의 방향을 나타냅니다.수직 실린더는 피스톤 로드가 위(또는 아래)에서 작동하며 수직으로 서 있습니다.수직 반전 엔진은 크랭크축이 실린더 바로 아래에 장착된 수직 실린더 배열로 정의됩니다.경사 또는 수평 유형의 경우 실린더와 피스톤은 경사 또는 수평에 위치합니다.경사진 역통이란 경사로 동작하는 역통이다.이러한 용어는 일반적으로 위의 엔진 유형과 함께 사용됩니다.따라서 수평 직동 엔진 또는 경사 복합 복동 엔진 등을 가질 수 있다.

경사 및 수평 실린더는 엔진 프로파일을 최대한 낮게 유지하여 [50]손상 가능성이 낮기 때문에 해군 함정에서 매우 유용할 수 있습니다.그것들은 또한 로프로파일 배나 배의 무게 중심을 낮추기 위해 사용될 수 있다.또한 경사 또는 수평 실린더는 수직 실린더에 비해 진동량을 줄일 수 있는 장점이 있었다.

기어드

기어드 엔진 또는 "기어드 스크류"는 엔진과 다른 속도로 프로펠러를 회전시킵니다.초기의 해양 프로펠러 엔진은 위쪽으로, 즉 프로펠러가 엔진 [51][52]자체보다 더 높은 회전 속도로 작동하도록 설계되어 있었다.19세기 후반에 엔진이 더 빠르고 강력해지면서 기어가 거의 보편적으로 없어졌고 프로펠러는 엔진과 같은 회전 속도로 작동했다.이러한 직접 구동 방식은 기계적으로 가장 효율적이며 왕복식 증기 엔진은 나사 프로펠러에 가장 효율적인 회전 속도에 매우 적합합니다.

「 」를 참조해 주세요.

각주

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외부 링크

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