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La máquina de vapor de Musgrave , que no se detenía en el punto muerto, era una máquina estacionaria de diseño inusual, concebida para solucionar el problema de la parada en el punto muerto . Fue diseñada en 1887 para su uso como motor marino . Utilizaba un par de cilindros conectados para evitar que la máquina se detuviera en una posición donde no se pudiera aplicar ninguna fuerza de giro. Se sabe que al menos una de estas máquinas aún existe.
centros muertos
El punto muerto de un motor de pistón con manivela se da cuando el pistón se encuentra exactamente en la parte superior o inferior de su carrera, impidiendo así que ejerza cualquier par motor sobre 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. Una de las más sencillas consiste en intentar no detenerse en esa posición; la más rudimentaria, en usar una palanca para girar ligeramente el motor. También se utilizaban pequeñas máquinas de vapor para desplazar el motor del punto muerto antes de arrancarlo. Si el motor tiene varios cilindros, la mayoría de las geometrías están dispuestas de forma que nunca todos los cilindros estén en el punto muerto simultáneamente, por lo que siempre se puede usar uno para el arranque.
La solución de Musgrave fue más compleja: utilizó dos cilindros, bielas adicionales y una geometría específica para evitar el problema.
El punto muerto rara vez representa un problema para los motores de combustión interna, ya que estos generalmente requieren un arranque manual para comprimir los cilindros y, por lo tanto, no intentan arrancar desde parado. Algunos motores diésel estacionarios de gran tamaño, que utilizaban un mecanismo de arranque neumático, han sufrido el problema del punto muerto y, por consiguiente, han utilizado un pequeño mecanismo de arranque manual .
Geometría
En apariencia, el motor se asemeja a un " bicilíndrico en paralelo " con dos cilindros verticales y un único cigüeñal entre ellos, pero colocado perpendicularmente a la línea de los cilindros y compartiendo un único muñón del cigüeñal.
Un motor bicilíndrico en paralelo con tantos cilindros arrancaría por sí solo desde el punto muerto (suponiendo el cigüeñal habitual con las bielas a 90°).
La geometría de funcionamiento se asemeja más a la de un motor bicilíndrico en V. Los dos cilindros trabajan conjuntamente, pero uno adelanta al otro aproximadamente 30°. La diferencia radica en que los cilindros ya no están alineados directamente con el cigüeñal, por lo que la biela actúa como una especie de palanca acodada . Si un cilindro se encuentra en el punto muerto superior, el otro estará alejado de él en la misma cantidad de este ángulo.
Un motor bicilíndrico en V ofrecería todas las ventajas del motor Musgrave, pero solo necesitaría dos bielas sencillas. Los cilindros ya no serían paralelos, pero eso no es en absoluto impráctico para su fabricación, como lo demuestra el motor diagonal , aún anterior .
Biela
Los dos cilindros están conectados al único muñón del cigüeñal mediante una biela compleja de cuatro eslabones separados y un punto de montaje rígido al bastidor y a los cilindros. [ 1 ]
La biela principal es un gran bastidor triangular, accionado por ambos cilindros y que impulsa el muñón del cigüeñal. 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 de los cilindros lo impulsan a través de dos bielas cortas, permitiendo cierto movimiento lateral. [ 2 ] Una gran palanca basculante unida al bastidor del motor mantiene la biela aproximadamente centrada. En el motor Bolton , esta palanca se extiende más allá del bastidor y se utiliza para accionar la bomba de aire del condensador .
Similitudes con el yugo de Ross
Parece que un mecanismo similar se inventó de forma independiente mucho más tarde. Se trata del yugo de Ross , inventado por Andy Ross para su uso con motores Stirling . [ 3 ] Un par de cilindros paralelos, uno para el pistón (impulsor) y otro que contiene el desplazador (impulsado), se conectan de manera que se mueven hacia adelante y hacia atrás con un desfase adecuado entre ellos.
Historia
Motores marinos
El diseño del motor fue creado por W. Y. Fleming y P. Ferguson, ingenieros navales de Glasgow , en 1887. [ 1 ] Fue diseñado para su uso como motor marino , y se suministraron al menos 23 a astilleros que requerían motores compactos adecuados para espacios reducidos en salas de máquinas. [ 4 ]
Motores estacionarios
John Musgrave & Sons de Globe Ironworks, Bolton, era un fabricante de motores para molinos que abastecía a las fábricas de algodón locales. Obtuvo la licencia del diseño en 1892 y luego patentó mejoras adicionales en 1893. [ 1 ] [ 5 ]
Musgrave fabricó hasta 50 de estos motores, el más grande con una potencia de 1500 ihp y cuádruple expansión . Se construyeron diez de estos motores de cuatro cilindros con cuádruple expansión; el resto eran principalmente motores compuestos de dos cilindros , como el motor de la fábrica de Park Street . [ 1 ] Los motores más grandes utilizaban válvulas Corliss . [ 6 ]
El mecanismo de no punto muerto también uniformizaba la potencia a medida que giraba la manivela, lo que lo hacía adecuado para accionar dinamos para la generación de electricidad. El motor también tenía una velocidad relativamente alta para su época, lo que permitía accionar dinamos 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 con patente de Fleming, Ferguson y Dixon. Se trata de motores compuestos de dos cilindros con una sola válvula semirrotativa por cilindro (como el de 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 integran los cilindros mediante fundición. El motor de la fábrica de Park Street está fabricado con dos grandes piezas fundidas atornilladas a lo largo de un plano central, con los conductos de vapor perforados directamente en dichas piezas.
Los cabezales transversales son de tipo deslizante. Este diseño presenta superficies de apoyo asimétricas, lo que permite una mejor distribución de las fuerzas cuando el motor gira en una dirección que en la otra. Se suelen encontrar en motores estacionarios que no requieren inversión de giro. Sin embargo, en el diseño de Musgrave, las dos guías deslizantes se enfrentan, por lo que una de ellas siempre funcionará en sentido inverso al habitual.
Patentes
Ejemplos que han sobrevivido
Molino de Park Street
Solo se sabe que sobrevive un motor Musgrave sin centro muerto, que ahora se conserva en el Museo del Vapor de Bolton como parte de la colección de la Northern Mill Engine Society . [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] En los días de vapor, estos motores (o al menos algunos) pueden verse en funcionamiento. La colección también incluye otros dos motores construidos por Musgrave, que no son motores sin centro muerto, sino motores de barring mucho más pequeños .
Modelos
- Se exhibe un pequeño modelo de un motor compuesto de dos cilindros. [ 5 ]
- En 2009, la revista Model Engineer serializó la construcción de un motor Musgrave, a partir de piezas fundidas suministradas por la empresa alemana Lothar Matrian. [ 5 ]
Referencias
- 1 2 3 4 Hills, Richard L. (1989). Energía a partir del vapor . Cambridge University Press . págs. 246–247 . ISBN 0-521-45834-X.
- ↑ "Motor sin centro fijo en movimiento" (vídeo) . Northern Mill Engine Society.
- ↑ Andy Ross (inventor). "Motor Stirling con yugo Ross" (diagrama animado) .
- ↑ Watkins, George (1978). La máquina de vapor en la industria, Vol. 1. Moorland Publishing. págs. 115, 117. ISBN 0-903485-65-6.
- 1 2 3 4 Konrad, Karl (abril de 2009). "Motor Musgrave sin centro muerto". Model Engineer . 202 (4350).
- ↑ Nasmith, J. (1900). Construcción de molinos de algodón .(ilustración mostrada en Hills, Power from Steam )
- ↑ Woodward, G. (mayo de 1993). "Historia de un sistema de distribución monofásico de alta tensión". IEE Proceedings A . 140 (3): 207– 214. doi : 10.1049/ip-a-3.1993.0032 .
- ↑ "Motores Musgrave, cartel del Museo de Ciencias" (cartel) .
- 1 2 Colinas, Energía del vapor, cap. 13, ref. 27
- ↑ GB 189315395 , Musgrave, James y Dixon, George, "Mejoras en máquinas de triple expansión", publicado el 11 de agosto de 1894, asignado a Globe Ironworks
- ↑ "NDC en la Northern Mill Engine Society" . Northern Mill Engine Society.
- ↑ "Northern Mill Engine Society" . Northern Mill Engine Society.
- ↑ Pilling, Philip W. (1990). "Northern Mill Engine Society" (PDF) . Archivado del original (PDF) el 18 de julio de 2011. Recuperado el 4 de julio de 2009 .
- Máquinas de vapor estacionarias