Interesanti

Tvaika sūknis izstrādāts - vēsture

Tvaika sūknis izstrādāts - vēsture



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Tvaika sūknis

1698. gadā Tomass Slaverijs izgudroja pirmo tvaika sūkni. Tas bija paredzēts, lai palīdzētu sūknēt ūdeni no applūdušajām raktuvēm. To ierobežoja fakts, ka tas varēja sūknēt ūdeni tikai par 25 pēdām.

Tomass Verdzība bija angļu izgudrotājs un militārais inženieris. 1698. gadā viņš pielietoja franču fiziķa Denisa Papina iegūto zināšanu līmeni, kurš savos eksperimentos ar spiediena katlu bija novērojis, ka tvaiks paceļ plīts vāku. Verdzība bija pārliecināta, ka tvaiku var izmantot, lai paceltu ūdeni un tādējādi atrisinātu vienu no lielākajām ieguves problēmām; mīnu applūšana. 1698. gadā viņš patentēja "kalnraču draugu", kas sarežģīja cauruļu, vārstu un kondensatoru sistēmas. Sistēma bija ierobežota, jo tā varēja pacelt tikai ūdeni. Ierobežojums tika atrisināts, kad Thomas Newcomen izstrādāja atmosfēras tvaika dzinēju. Newcomen sadarbojās ar verdzību, un jaunie tvaika dzinēji drīz tika plaši izmantoti raktuvēs.


Tvaika dzinēja izgudrotāja Tomasa Ņukomena biogrāfija

Tomass Ņūkomens (Thomas Newcomen, dzimis 1663. gada 28. februārī – 1729. gada 5. augustā) bija kalējs no Dārtmutas, Anglijā, kurš samontēja pirmā modernā tvaika dzinēja prototipu. Viņa mašīna, kas būvēta 1712. gadā, bija pazīstama kā "Atmosfēras tvaika dzinējs".

Ātrie fakti: Thomas Newcomen

  • Pazīstams: Atmosfēras tvaika dzinēja izgudrotājs
  • Dzimis: 1663. gada 28. februārī Dārtmutā, Anglijā
  • Vecāki: Eliass Ņukomens un viņa pirmā sieva Sāra
  • Miris: 1729. gada 5. augustā Londonā, Anglijā
  • Izglītība: Apmācīts par dzelzs kalēju (kalēju) Ekseterā
  • Laulātais: Hanna Veimuta (1705. Gada 13. jūlijs)
  • Bērni: Tomass (miris 1767. gadā), Eliass (miris 1765. gadā), Hanna

Pirms Tomasa Ņukomena laikiem tvaika dzinēju tehnoloģija bija sākumstadijā. Izgudrotāji, piemēram, Edvards Somersets no Vorčesteras, Ņūkomenas kaimiņš Tomass Savērijs un franču filozofs Džons Dezaguljērs, pētīja tehnoloģiju, pirms Tomass Ņūkomens sāka savus eksperimentus. Viņu pētījumi iedvesmoja izgudrotājus, piemēram, Newcomen un James Watt, lai izgudrotu praktiskas un noderīgas ar tvaiku darbināmas mašīnas.


Džeimsa Vata uzlabojumi

Skots Džeimss Vats 18. gadsimta otrajā pusē ievērojami uzlaboja un attīstīja tvaika dzinēju, padarot to par patiesi dzīvotspējīgu mašīnu, kas palīdzēja sākt rūpniecisko revolūciju. Pirmais Watt jauninājums bija iekļaut atsevišķu kondensatoru, lai tvaiks nebūtu jāatdzesē tajā pašā cilindrā, kurā bija virzulis. Tas nozīmēja, ka virzuļa cilindrs palika daudz konsekventākā temperatūrā, ievērojami palielinot dzinēja degvielas efektivitāti. Vats arī izstrādāja dzinēju, kas varētu griezt vārpstu, nevis sūknēt augšup un lejup, kā arī spararatu, kas nodrošināja vienmērīgu jaudas pārnesi starp motoru un darba slodzi. Līdz ar šiem un citiem jauninājumiem tvaika dzinējs kļuva piemērojams dažādiem rūpnīcas procesiem, un Vats un viņa biznesa partneris Metjū Bultons uzbūvēja vairākus simtus dzinēju rūpnieciskai lietošanai.


Tvaika jaudas izplatība

Tvaika dzinēji tika plaši izmantoti dažādās nozarēs, īpaši ieguves rūpniecībā un transportā, taču tā popularizēšana veidoja gandrīz visus rūpnieciskās sabiedrības aspektus, tostarp to, kur cilvēki varēja dzīvot, strādāt un ceļot, kā preces tika ražotas, pārdotas un pārdotas un sekoja tehnoloģiskie jauninājumi.

Mācību mērķi

Sniedziet piemērus nozarēm, kuras darbina tvaiks

Galvenie līdzņemamie ēdieni

Galvenie punkti

  • Tvaika dzinējs bija viena no svarīgākajām rūpnieciskās revolūcijas tehnoloģijām, iedvesmojot citus jauninājumus un uzsākot turpmākus tehnoloģiskos sasniegumus. 1775. gadā Džeimss Vats izveidoja dzinēju būves un inženierijas partnerību ar ražotāju Metjū Boultonu. Tas kalpoja kā sava veida radošs tehnisks centrs lielai daļai Lielbritānijas ekonomikas. Viņi atbalstīja talantus un citus uzņēmumus, radot kultūru, kurā uzņēmumi bieži dalījās ar informāciju, ko viņi varētu izmantot, lai radītu jaunas metodes vai produktus.
  • No raktuvēm līdz dzirnavām tvaika dzinēji tika plaši izmantoti dažādās nozarēs. Tvaika dzinēju ieviešana uzlaboja produktivitāti un tehnoloģijas un ļāva izveidot mazākus un labākus dzinējus. Aptuveni 19. gadsimta sākumā Kornvolas inženieris Ričards Trevitiks un amerikānis Olivers Evanss sāka būvēt tvaika dzinējus ar augstāku spiedienu, bez kondensācijas. Pēc Trevithick ’s izstrādes kļuva iespējami transporta pielietojumi, un tvaika dzinēji nonāca laivās, dzelzceļos, fermās un autotransporta līdzekļos.
  • Tvaika dzinējs sākotnēji tika izgudrots un pilnveidots izmantošanai raktuvēs. Tvaika sūkņa ieviešana Savery 1698. gadā un Newcomen tvaika dzinējs 1712. gadā ievērojami atviegloja ūdens noņemšanu un ļāva šahtas padarīt dziļākas, ļaujot iegūt vairāk ogļu. Pieņemot Džona Smeatona uzlabojumus Newcomen dzinējā, kam sekoja Džeimsa Vata un efektīvāki tvaika dzinēji no 1770. gadiem, tika samazinātas dzinēju degvielas izmaksas, padarot raktuves rentablākas.
  • Tvaika lokomotīves tika izgudrotas pēc augstspiediena tvaika dzinēju ieviešanas, kad 1800. gadā beidzās Boltona un Vata patenta derīguma termiņš. Tvaika vilktie publiskie dzelzceļi sākās ar Stoktonas un Dārlingtonas dzelzceļu 1825. gadā. Tvaika dzinēju izmantošana dzelzceļos izrādījās neparasta, jo lieli preces un izejvielas tagad varētu piegādāt gan pilsētām, gan rūpnīcām par daļu no izmaksām, braucot ar vagonu.
  • Pēc tvaikoņa parādīšanās ASV piedzīvoja neticamu preču un cilvēku pārvadājumu pieaugumu, kas bija galvenais virziens uz rietumiem. Tvaikonis ievērojami samazināja preču pārvadāšanai patērēto laiku un palielināja specializāciju. Tvaika kuģim bija izšķiroša nozīme arī iekšējās vergu tirdzniecības veicināšanā. Līdz ar tvaika laivu radās nepieciešamība uzlabot upju sistēmu un infrastruktūru gar upēm.
  • Tvaika dzinēji ir īpaši ilustratīvs piemērs tam, kā industrializācijas radītās izmaiņas izraisīja vēl lielākas izmaiņas citās jomās. Lai gan daudzi uzskata, ka jaudas palielināšanas potenciāls rada dominējošo labumu, citi atbalsta aglomerācijas potenciālu. Tvaika dzinēji ļāva viegli strādāt, dzīvot, ražot, tirgot, specializēties un dzīvotspējīgi paplašināties, neraizējoties par ūdensceļu retāku klātbūtni.

Pamatjēdzieni

  • Bultons un Vats: Agrīna britu inženiertehniskā un ražošanas firma jūras un stacionāro tvaika dzinēju projektēšanas un izgatavošanas biznesā. Uzņēmumam, kas tika dibināts Anglijas Rietummidlendā ap Birmingemu 1775. gadā, sadarbojoties angļu ražotājam Metjū Bultonam un skotu inženierim Džeimsam Vatam, uzņēmumam bija liela loma rūpnieciskajā revolūcijā, un 19. gadsimtā tas kļuva par galveno tvaika dzinēju ražotāju. .
  • tvaika dzinējs: Siltuma dzinējs, kas veic mehānisku darbu, izmantojot tvaiku kā darba šķidrumu.
  • staru dzinējs: Tvaika dzinēja tips, kurā izmanto pagriežamu gaismu, lai no vertikālā virzuļa iedarbinātu spēku uz vertikālu savienojošo stieni. Šo konfigurāciju, dzinējam darbinot tieši sūkni, Thomas Newcomen pirmo reizi izmantoja ap 1705. Gadu, lai noņemtu ūdeni no raktuvēm Kornvolā.

Tvaika dzinēja revolūcija

Tvaika dzinējs bija viena no svarīgākajām rūpnieciskās revolūcijas tehnoloģijām, lai gan tvaiks Lielbritānijā neaizstāja ūdens enerģiju tikai pēc rūpnieciskās revolūcijas. No angļiem Tomasa Saverija pirmā praktiskā atmosfēras spiediena dzinēja (1698) un Tomasa Ņukomena atmosfēras dzinēja (1712), pateicoties skotu izgudrotāja un mehāniķa inženiera Džeimsa Vata nozīmīgajiem sasniegumiem, tvaika dzinējs tika izmantots daudzos rūpnieciskos apstākļos. 1775. gadā Vats ar ražotāju Metjū Boultonu izveidoja dzinēju būvēšanas un inženierijas partnerību, kas kļuva par vienu no rūpnieciskās revolūcijas svarīgākajiem uzņēmumiem un kalpoja kā radošs tehniskais centrs lielai daļai Lielbritānijas ekonomikas. Partneri atrisināja tehniskas problēmas un izplatīja risinājumus citiem uzņēmumiem. Līdzīgi uzņēmumi darīja to pašu citās nozarēs un bija īpaši svarīgi darbgaldu nozarē. Šī mijiedarbība starp uzņēmumiem samazināja izpētes laiku un izdevumus, kas katram uzņēmumam bija jāpavada, strādājot ar saviem resursiem. Rūpnieciskās revolūcijas tehnoloģiskais progress notika ātrāk, jo uzņēmumi bieži dalījās ar informāciju, ko varēja izmantot jaunu metožu vai produktu radīšanai.

Vata rotējošais dzinējs Henrija Forda muzejā: Henrija Forda muzejā Dearbornā, Mičiganā, atrodas rotējošs dzinējs ar vatiem, kuru 1788. gadā ražoja Čārlzs Summerfīlds. Šis ir pilna mēroga Boulton-Watt dzinējs. Amerikāņu rūpnieks Henrijs Fords pārvietoja motoru uz Dārbornu ap 1930. gadu.

Galvenie pielietojumi

No raktuvēm līdz dzirnavām tvaika dzinēji tika plaši izmantoti dažādās nozarēs. Tvaika dzinēju ieviešana uzlaboja produktivitāti un tehnoloģijas un ļāva izveidot mazākus un labākus dzinējus. Līdz aptuveni 1800. gadam visizplatītākais tvaika dzinēja veids bija staru dzinējs, kas būvēts kā akmens vai ķieģeļu dzinēju mājas neatņemama sastāvdaļa, taču drīz vien tika iegūti dažādi autonomu rotējošu dzinēju modeļi (viegli noņemami, bet ne uz riteņiem). izstrādāts, piemēram, galda dzinējs. Aptuveni 19. gadsimta sākumā Kornvolas inženieris Ričards Trevitiks un amerikānis Olivers Evanss sāka būvēt tvaika dzinējus ar augstāku spiedienu, bez kondensācijas. Pēc Trevithick ’s izstrādes kļuva iespējami transporta pielietojumi, un tvaika dzinēji nonāca laivās, dzelzceļos, fermās un autotransporta līdzekļos.

Tvaika dzinējs sākotnēji tika izgudrots un pilnveidots izmantošanai raktuvēs. Pirms tvaika dzinēja seklas zvanu bedres sekoja ogļu šuvēm gar virsmu un tika pamestas, kad ogles tika iegūtas. Citos gadījumos, ja ģeoloģija bija labvēlīga, ogles ieguva ar drifta raktuvēm, kas tika iebrauktas kalna malā. Dažos apgabalos tika veikta šahtu ieguve, bet ierobežojošais faktors bija ūdens noņemšanas problēma. To varētu izdarīt, velkot ūdens spaiņus augšup pa šahtu vai tunelī, kas iebraucis kalnā t. Jebkurā gadījumā ūdens bija jāizlaiž straumē vai grāvī tādā līmenī, lai tas varētu izplūst gravitācijas ietekmē. Tvaika sūkņa ieviešana Savery 1698. gadā un Newcomen tvaika dzinējs 1712. gadā ievērojami atviegloja ūdens noņemšanu un ļāva šahtas padarīt dziļākas, ļaujot iegūt vairāk ogļu. Šie notikumi sākās pirms rūpnieciskās revolūcijas, bet Džona Smeatona (John Smeaton) veiktie uzlabojumi Newcomen dzinējā, kam sekoja Džeimsa Vata (James Watt) un 1770. gadu efektīvāki tvaika dzinēji, samazināja dzinēju degvielas izmaksas, padarot raktuves rentablākas.

Rūpnieciskās revolūcijas sākumā iekšzemes transportu veica pa kuģojamām upēm un ceļiem, un piekrastes kuģus izmantoja smago kravu pārvadāšanai pa jūru. Vagonu veidi tika izmantoti ogļu nogādāšanai upēs turpmākai nosūtīšanai, taču kanāli vēl nebija plaši būvēti. Dzīvnieki piegādāja visu dzinējspēku uz sauszemes, bet buras - dzinējspēku jūrā. Pirmie zirgu dzelzceļi tika ieviesti 18. gadsimta beigās, tvaika lokomotīves tika ieviestas 19. gadsimta sākumā. Tvaika lokomotīves tika izgudrotas pēc augstspiediena tvaika dzinēju ieviešanas, kad 1800. gadā beidzās Boltona un Vata patenta termiņš. Augstspiediena dzinēji izsmelta izmantoja tvaiku atmosfērā, likvidējot kondensatoru un dzesēšanas ūdeni. Dažas no šīm agrīnajām lokomotīvēm tika izmantotas raktuvēs. Tvaika vilktie publiskie dzelzceļi sākās ar Stoktonas un Dārlingtonas dzelzceļu 1825. gadā. Tvaika dzinēju izmantošana dzelzceļos izrādījās neparasta ar to, ka tagad jūs varētu piegādāt lielus preču un izejvielu daudzumus gan pilsētām, gan rūpnīcām. Vilcieni varētu nogādāt tos vietās, kas atrodas tālu, par daļu no izmaksām, braucot ar vagonu.

Īpaši Amerikas Savienotajās Valstīs tvaikoņa ieviešana un attīstība izraisīja milzīgas izmaiņas. Pirms tvaikoņa upes parasti tika izmantotas tikai preču pārvadāšanai no austrumiem uz rietumiem, un no ziemeļiem uz dienvidiem, jo ​​cīņa ar straumi bija ļoti sarežģīta un bieži vien neiespējama. Laivas un plosti bez dzinēja tika samontēti augšup pa straumi, lai pārvadātu kravas lejup pa straumi, un ceļojuma beigās tie bieži tika izjaukti, un atliekas tika izmantotas māju un tirdzniecības ēku celtniecībai. Pēc tvaikoņa parādīšanās ASV piedzīvoja neticamu preču un cilvēku pārvadājumu pieaugumu, kas bija galvenais virziens uz rietumiem. Tvaikonis ievērojami samazināja preču pārvadāšanai patērēto laiku un palielināja specializāciju. Tas bija arī būtiski, lai atvieglotu iekšējo vergu tirdzniecību.

Līdz ar tvaika laivu radās nepieciešamība uzlabot upju sistēmu. Dabiskā upju sistēma radīja tādus šķēršļus kā krāces, smilšu stieņi, sekli ūdeņi un ūdenskritumi. Lai pārvarētu šos dabiskos šķēršļus, tika izveidots kanālu, slūžu un aizsprostu tīkls. Tas palielināja pieprasījumu pēc darbaspēka upēs, izraisot milzīgu darba vietu pieaugumu. Tvaikoņa popularizēšana arī tieši izraisīja pieaugumu ogļu un apdrošināšanas nozarē un pieprasījumu pēc remontdarbiem upēs. Turklāt pieprasījums pēc precēm kopumā pieauga, jo tvaika laiva veica pārvadājumus uz jauniem galamērķiem gan plaši, gan efektīvi.

1920.

Pirms tvaika laivas varētu paiet trīs līdz četri mēneši, lai nokļūtu no Ņūorleānas uz Luisvilu, vidēji divdesmit jūdzes dienā. Ar tvaika laivu šis laiks tika krasi samazināts, braucot no divdesmit piecām līdz trīsdesmit piecām dienām. Tas bija īpaši izdevīgi lauksaimniekiem, jo ​​viņu ražas tagad varēja transportēt citur, lai tās pārdotu.

Tvaika dzinējs un sabiedrības progress

Tvaika dzinēji ir īpaši ilustratīvs piemērs tam, kā industrializācijas radītās izmaiņas izraisīja vēl lielākas izmaiņas citā jomā. Ūdens enerģija, pasaule un#8217 pirms elektroapgādes, joprojām bija būtisks avots pat tvaika dzinēju popularitātes laikā. Tvaika dzinējs tomēr sniedza daudz jaunu priekšrocību. Lai gan daudzi uzskata, ka saražotās elektroenerģijas pieauguma potenciāls ir dominējošais ieguvums (ar tvaika dzirnavu vidējo zirgspēku jaudu, kas četras reizes pārsniedz ūdens dzirnavu jaudu), citi atbalsta aglomerācijas potenciālu. Tvaika dzinēji ļāva viegli strādāt, dzīvot, ražot, tirgot, specializēties un dzīvotspējīgi paplašināties, neraizējoties par ūdensceļu retāku klātbūtni. Pilsētas un pilsētas tagad tika uzceltas ap rūpnīcām, kur tvaika dzinēji kalpoja par pamatu daudzu iedzīvotāju iztikai. Veicinot indivīdu aglomerāciju, tika izveidoti veiksmīgi vietējie tirgi. Pilsētas ātri auga un dzīves kvalitāte galu galā uzlabojās, izveidojot infrastruktūru. Sīkākas preces varēja ražot, jo materiālu iegāde kļuva mazāk sarežģīta un dārga. Tieša vietējā konkurence izraisīja augstāku specializāciju, un darbaspēks un kapitāls bija bagātīgi pieejami. Ar tvaiku darbināmas pilsētas veicināja izaugsmi gan vietējā, gan valsts mērogā.


Tvaika sūknis izstrādāts - vēsture

Tvaika dzinēja īsa vēsture

Viens no nozīmīgākajiem 1700. gadu rūpnieciskajiem izaicinājumiem bija ūdens izņemšana no raktuvēm. Ūdens sūknēšanai no raktuvēm tika izmantots tvaiks. Tagad varētu šķist, ka tam ir ļoti maz sakara ar modernām ar tvaiku darbināmām elektrostacijām. Tomēr viens no pamatprincipiem, ko izmanto, attīstot uz tvaiku balstītu enerģiju, ir princips, ka ūdens tvaiku kondensācija var radīt vakuumu. Šajā īsajā vēsturē aplūkots, kā kondensāts tika izmantots vakuuma radīšanai agrīnu tvaika sūkņu darbībai un kā Džeimss Vats izgudroja atsevišķo kondensatoru. Lai gan šajā vēsturē aprakstītie cikliskie procesi netiek izmantoti mūsdienu nepārtrauktas plūsmas tvaika turbīnās, pašreizējās sistēmās tiek izmantoti atsevišķi kondensatori, kas darbojas zem atmosfēras spiediena, pielāgojot šeit izskaidrotos principus. Arī izgudrotāju stāsti un viņu izgudrojumi sniedz ieskatu tehnoloģisko atklājumu procesā.

Viens no vissvarīgākajiem principiem, ko piemēro tvaika jaudas darbībā, ir vakuuma radīšana kondensācijas ceļā. Šī saite sniedz vienkāršu ilustrāciju, izmantojot bezalkoholisko dzērienu pudeli un verdošu ūdeni. Demonstrācija parāda, kā kondensāts tvertnē rada vakuumu. Savery sūknis, kas izskaidrots zemāk, izmanto metodi, kas ir ļoti līdzīga demonstrētajai metodei. Vakuuma demonstrācija.

Pirmajās dienās viens izplatīts veids, kā noņemt ūdeni, bija virkne spaiņu uz skriemeļu sistēmas, ko darbināja zirgi. Tas bija lēns un dārgs, jo dzīvniekiem bija nepieciešama barošana, veterinārā aprūpe un izmitināšana. Tvaika izmantošanu ūdens sūknēšanai patentēja Tomass Savērijs 1698. gadā, un, pēc viņa vārdiem, tas nodrošināja & quot; dzinēju ūdens pacelšanai ar uguni & quot. Savery sūknis strādāja, sildot ūdeni, lai to iztvaicētu, piepildot tvertni ar tvaiku, pēc tam izveidojot vakuumu, izolējot tvertni no tvaika avota un kondensējot tvaiku. Vakuumu izmantoja ūdens ņemšanai no raktuvēm. Tomēr vakuums varēja ņemt ūdeni tikai no sekla dziļuma. Vēl viens sūkņa trūkums bija tvaika spiediena izmantošana, lai izvadītu tvertnē ievilkto ūdeni. Principā spiedienu varēja izmantot, lai piespiestu ūdeni no tvertnes uz augšu 80 pēdas, taču katlu eksplozijas nebija nekas neparasts, jo spiediena katlu konstrukcija nebija pārāk attīstīta. Šajā saitē ir sīka informācija par Savery Pump apraksta darbību.

Newcomen atmosfēras dzinējs

Kalējs Tomass Ņukomens (1663-1729) 10 gadus eksperimentēja, lai izstrādātu pirmo patiesi veiksmīgo tvaika dzinēju, kas darbinātu sūkni, lai izvadītu ūdeni no raktuvēm. Viņa spēju pārdot motoru kavēja Savery plašais patents. Viņš bija spiests izveidot uzņēmumu ar Savery, neraugoties uz uzlaboto dzinēja darbību, būtiskajām mehāniskajām atšķirībām, tvaika spiediena nepieciešamības likvidēšanu un vakuuma izmantošanu pavisam citā veidā. Newcomen dzinēja shēma ir parādīta 1. attēlā. Motoru sauc par "atmosfēras" motoru, jo lielākais izmantotais tvaika spiediens ir tuvu atmosfēras spiedienam.

1. attēls. Newcomen atmosfēras dzinēja ūdens sūknēšanai ilustrācija.

Darbības princips. Tvaika dzinējs sastāv no tvaika virzuļa/cilindra, kas pārvieto lielu koka staru, lai darbinātu ūdens sūkni. Dzinējs neizmanto tvaika spiedienu, lai paceltu tvaika virzuli! Drīzāk sistēma ir konstruēta tā, lai staru kūlis būtu smagāks galvenā sūkņa pusē, un gravitācija novilktu uz leju sijas galveno sūkņa pusi. Ja nepieciešams, galvenā sūkņa pusē tiek pievienoti svari. Sūkņi, kas parādīti 1. attēlā, izspiež ūdeni ar augšupvērstu sūkņa virzuļa gājienu, vienojoties ar tajā laikā iekārtā izmantotajiem sūkņiem, un diskusija seko šai konstrukcijai. Lai ievilktu ūdeni galvenajā sūknī diagrammas labajā pusē, apsveriet ciklu, kas sākas ar staru kūļa nolaišanu labajā pusē. Cilindru zem tvaika virzuļa vispirms piepilda ar atmosfēras spiediena tvaiku, un tad cilindrā tiek izsmidzināts ūdens, lai kondensētu tvaiku. Spiediena starpība starp atmosfēru un radīto vakuumu nospiež tvaika virzuli uz leju, pavelkot galvenā sūkņa virzuli uz augšu, paceļot ūdeni virs galvenā sūkņa virzuļa un piepildot apakšējo galvenā sūkņa kameru ar ūdeni. Tvaika virzuļa gājiena apakšā atveras vārsts, lai atjaunotu tvaika cilindru līdz atmosfēras spiedienam, un staru kūlis gravitācijas virzienā noliecas pa labi, ļaujot galvenajam virzuļam nokrist. Kad galvenais virzulis nokrīt, ūdens no virzuļa zemāk nonāk kamerā virs virzuļa, kā paskaidrots vēlāk. Šajā posmā tvaika cilindrā nonāk atmosfēras spiediena tvaiks, kas ļauj atkārtot procesu.

Newcomen dzinējs bija labākā tehnoloģija 60 gadus! Daži Newcomen dzinēji tika izmantoti daudz ilgāk, lai gan tie bija ievērojami zemāki par sekojošajiem Watt dzinējiem. Sīkāku informāciju par vecākā esošā Newcomen dzinēja darbību un fotoattēlus skatiet Newcomen dzinēja aprakstā.

Vatu atmosfēras tvaika dzinējs

2. attēls. Vatu atmosfēras dzinēja ūdens sūknēšanai ilustrācija. Galvenais sūknis nav parādīts. (Pielāgots no Stjuarta gravējuma, 1824., 114. lpp.).

Newcomen dzinēji bija ārkārtīgi neefektīvi. Lietotāji atzina, cik daudz enerģijas nepieciešams. Tvaika cilindrs tika atkārtoti uzkarsēts un atdzesēts, kas izšķērdēja enerģiju tērauda uzsildīšanai, kā arī radīja lielus termiskos spriegumus. Džeimss Vats (1736-1819) veica izrāvienu, izmantojot atsevišķu kondensatoru. Vats atklāja atsevišķo kondensatoru 1765. gadā. (Skat. Vata eksperimentu.) Pagāja 11 gadi, pirms viņš ieraudzīja ierīci praksē! Lielākais šķērslis vatu dzinēja ieviešanai bija tehnoloģija, kā izgatavot lielu virzuli/cilindru ar pietiekami tuvām pielaidēm, lai tie noslēgtu mērenu vakuumu. Tehnoloģija uzlabojās aptuveni tajā pašā laikā, kad Vats atrada nepieciešamo finansiālo atbalstu, sadarbojoties ar Metjū Boultonu.

Darbības princips. Vatu dzinējs, tāpat kā Newcomen dzinējs, darbojās pēc spiediena starpības principa, ko radīja vakuums vienā virzuļa pusē, lai nospiestu tvaika virzuli uz leju. Tomēr Vata tvaika cilindrs visu laiku palika karsts. Vārsti ļāva tvaikam ieplūst atsevišķā kondensatorā, un pēc tam, izmantojot gaisa sūkni, kopā ar visām gāzēm tika sūknēts kondensāts. (Skatīt 2. attēlu.)

Sīkāku informāciju par darbību un fotoattēlus par dažiem vatu dzinējiem, ko izmanto ūdens sūknēšanai, skatiet vatu dzinēja aprakstā.

Dubultās darbības virzulis un rotējošais dzinējs

Attēls 3. Boulton-Watt divkāršas darbības dzinēja ilustrācija. (Pielāgots no Stjuarta gravējuma, 1824., 128. lpp.).

Vats un Bultons veiksmīgi pielietoja savu dzinēju ūdens sūknēšanai no akām. Bultons bija lieliski redzējis rūpnieks un izmantoja iespēju izmantot dzinēju citās nozarēs. Pārvietojot tvaika dzinēju telpās, ierīce kļuva noderīga dzirnavu un tekstilrūpnīcu u.c. darbībai.

Dzinējs, kas attēlots kreisajā pusē, ir piemērs dzinējam no 1700. gadu beigām. Ņemiet vērā, ka ķēde, kas savienoja virzuli ar siju iepriekšējos motoros, ir aizstāta ar paralēlu kustības mehānismu. Vats pastāstīja dēlam, ka viņš lepojas ar šo izgudrojumu vēl vairāk nekā pats dzinējs. Mehānisms ļāva virzulim darboties perfekti izlīdzinātā augšup/lejup kustībā, kamēr staru kūlis izsekoja lokam. Mehānisms arī ļāva pārcelt darbu augšupvērstā gājienā! Steam ir beidzot darot darbu, spiežot uz augšu! Šai ierīcei izmantotie katli ir arī atmosfēras spiediena katli. Cilindra telpa virs virzuļa ir savienota ar kondensatora vakuumu, lai tvaiks varētu virzīt virzuli uz augšu.

Dzinējs kreisajā pusē satur arī vēl vienu uzlabojumu, kas bija nepieciešams, lai darbinātu mašīnas ar nemainīgu ātrumu - ātruma regulatoru, kas savienots ar droseļvārstu.

Lai iegūtu sīkāku informāciju par divkāršas darbības motoru, paralēlo kustību mehānismu, ātruma regulatoru, kā arī saules un planētas pārnesumu sistēmu (nav attēlots 3. attēlā), ieskaitot fotoattēlus, skatiet dubultās darbības dzinēja aprakstu.

Džeimsa Vata biogrāfija un dzinēja vēsture

Stāsts par Džeimsu Vatu un dzinēja attīstību ir ārkārtīgi interesants. Izmantojiet šo saiti, lai atrastu Vata biogrāfiju. Stāsts palīdz jums saprast, kā dzinējs kļuva vairāk nekā ūdens sūknis un kā iepriekš minētie notikumi attiecas uz cilvēku un laikiem.

Grāmatu un resursu īsa bibliogrāfija tvaika dzinēju un Džeimsa Vata pētīšanai


Roberts Fultons

Mūsu redaktori pārskatīs jūsu iesniegto informāciju un izlems, vai pārskatīt rakstu.

Roberts Fultons, (dzimis 1765. gada 14. novembrī, Lankasteras apgabalā, Pensilvānijā [ASV] - miris 1815. gada 24. februārī, Ņujorka, Ņujorka), amerikāņu izgudrotājs, inženieris un mākslinieks, kurš no eksperimentālās stadijas komerciālos panākumos noveda tvaikošanu. Viņš arī izstrādāja iekšējo ūdensceļu sistēmu, zemūdeni un tvaika karakuģi.

Fultons bija īru imigrantu dēls. Kad viņu neproduktīvā saimniecība tika zaudēta hipotēkas slēgšanas dēļ 1771. gadā, ģimene pārcēlās uz Lankasteru, kur Fultona tēvs nomira 1774. gadā (nevis 1786. gadā, kā parasti rakstīts). Mācījies lasīt un rakstīt mājās, Fultons astoņu gadu vecumā tika nosūtīts uz kveekeru skolu. Vēlāk viņš kļuva par mācekli Filadelfijas juvelierizstrādājumu veikalā, kur specializējās miniatūru portretu gleznošanā uz ziloņkaula medaljoniem un gredzeniem.

Pēc tam, kad 1786. gadā apmetās pie mātes nelielā lauku saimniecībā Pensilvānijas rietumos, Fultons devās uz Batnu, Virdžīnijas štatā, lai atgūtuos no smaga klepus. Tur jaunā vīrieša gleznas - garu, graciozu un saistošu sarunu biedru - apbrīnoja cilvēki, kuri ieteica viņam mācīties Eiropā. Atgriežoties Filadelfijā, Fultons pieteicās glezniecībai un sponsora meklēšanai. Vietējie tirgotāji, kas vēlējās paaugstināt pilsētas kultūras līmeni, finansēja viņa ceļojumu uz Londonu 1787. gadā.

Lai gan Fultona uzņemšana Londonā bija sirsnīga, viņa gleznas atstāja nelielu iespaidu, ka tās neuzrādīja ne stilu, ne solījumu, kas viņam vajadzēja nodrošināt vairāk nekā nedrošu iztiku. Tikmēr viņš iepazinās ar jauniem izgudrojumiem laivu dzenšanai: ūdens strūklu, ko izstumj tvaika sūknis, un vienu, mehānisku lāpstiņu. Viņa paša eksperimenti lika viņam secināt, ka visefektīvākie būtu vairāki pagrieziena lāpstiņas pakaļgalā.

Sākot ar 1794. gadu, atzīstoties par gleznotāja sakāvi, Fultons savus galvenos centienus pievērsa kanālu projektēšanai. Viņa Traktāts par kanālu navigācijas uzlabošanu, 1796. gadā nodarbojās ar pilnu iekšējo ūdens transporta sistēmu, kuras pamatā bija mazi kanāli, kas stiepās pa laukiem. Viņš iekļāva informāciju par slīpām lidmašīnām laivu pacelšanai - viņš nedeva priekšroku slēdzenēm - ūdensvadus ielejas šķērsošanai, laivas specializētām kravām un tiltu konstrukcijas ar priekšgala sijām, lai piestātnēs pārnestu tikai vertikālas slodzes. Britu salās pēc viņa dizaina tika uzbūvēti daži tilti, taču viņa idejas par kanālu nekur netika pieņemtas.

Neapmierināts, viņš 1797. gadā devās uz Parīzi, kur ierosināja ideju par zemūdeni Nautilus, jāizmanto Francijas karā ar Lielbritāniju: tas ielīst zem Lielbritānijas karakuģu korpusiem un atstāj pulvera lādiņu, lai to vēlāk uzspridzinātu. Tomēr Francijas valdība noraidīja šo ideju kā nežēlīgu un negodīgu cīņas veidu. 1800. gadā viņš varēja uzbūvēt Nautilus uz sava rēķina. Viņš veica izmēģinājumus Sēnā un beidzot saņēma valdības sankciju par uzbrukumu, taču vējš un plūdmaiņas ļāva diviem britu kuģiem izvairīties no viņa lēnā kuģa.

1801. gadā Fultons tikās ar Robertu R. Livingstonu, komitejas locekli, kas izstrādāja ASV Neatkarības deklarāciju. Pirms kļūšanas par Francijas ministru Livingstons Ņujorkas štatā bija ieguvis 20 gadu tvaikoņu navigācijas monopolu. Abi vīrieši nolēma kopīgi izmantot izdevumus par tvaika laivas būvēšanu Parīzē, izmantojot Fultona dizainu-66 pēdas (20 metrus) garu laivu ar astoņu zirgspēku franču dizaina dzinēju un sānu riteņiem. Lai gan dzinējs salauza korpusu, viņus uzmundrināja panākumi ar citu korpusu. Fultons pasūtīja detaļas 24 zirgspēku dzinējam no Boultona un Vata laivai Hadsonā, un Livingstons ieguva pagarinājumu savam monopolam ar tvaikoņu navigāciju.

1804. gadā atgriezies Londonā, Fultons kopā ar Lielbritānijas valdību izvirzīja savas idejas par iegremdējamiem un zemu lidojošiem kuģiem, kas uzbrukumā nestu sprāgstvielas. Divi reidi pret frančiem, izmantojot viņa jauno amatu, tomēr bija neveiksmīgi. 1805. gadā pēc Nelsona uzvaras Trafalgārā bija redzams, ka Lielbritānija pārvalda jūras bez Fultona temperamentīgo ieroču palīdzības. Tajā pašā gadā viņa paredzētās tvaikoņa daļas bija gatavas nosūtīšanai uz ASV, taču Fultons izmisuma gadu pavadīja, mēģinot iekasēt naudu, kas, viņaprāt, bija britu parāds.

Ierodoties Ņujorkā 1806. gada decembrī, Fultons uzreiz sāka strādāt, uzraugot tvaikoņa būvniecību, kas bija plānota Parīzē kopā ar Livingstonu. Viņš arī mēģināja ieinteresēt ASV valdību par zemūdeni, taču viņa demonstrācija bija fiasko. Līdz 1807. gada augusta sākumam 150 pēdas (45 metrus) garš Tvaika laiva, kā to sauca Fultons, bija gatavs izmēģinājumiem. Tā viena cilindra kondensējošais tvaika dzinējs (24 collu urbums un četru pēdu gājiens) darbināja divus 15 pēdu diametra sānu lāpstiņas riteņus, kas patērēja ozola un priedes degvielu, kas ražoja tvaiku ar spiedienu no divām līdz trim mārciņām uz kvadrātcollu. 150 jūdžu (240 km) izmēģinājuma brauciens no Ņujorkas līdz Albānijai prasīja 32 stundas (vidēji gandrīz 7,6 km] stundā), kas ir ievērojami labāks laiks nekā četras jūdzes stundā, ko prasa monopols. Pārbrauciens bija episks, jo burāšanai pa slīpiem vienam un tam pašam braucienam bija vajadzīgas četras dienas.

Pēc mašīntelpas uzcelšanas, aizsargmūra celšanas un piestātņu uzstādīšanas tagad pārdēvētā kajītēs Ziemeļu upes tvaika laiva, Fultons sāka komerciālus braucienus septembrī. Viņš veica trīs lidojumus turp un atpakaļ katru nedēļu starp Ņujorku un Albāniju, pārvadājot pasažierus un vieglas kravas. Problēmas tomēr palika: piemēram, mehāniskās grūtības un greizsirdīgie laivu braucēji, kuri “nejaušības” dēļ triepa savu jauno sāncenšu neaizsargātos riteņus. Pirmajā ziemas sezonā viņš nostiprināja un paplašināja korpusu, nomainīja čuguna kloķvārpstu ar kalumu, uzlika riteņiem aizsargus un uzlaboja pasažieru izmitināšanu. Šīs izmaiņas padarīja to par citu laivu, kas tika reģistrēta 1808. gadā kā Klermonas tvaika kuģis Ziemeļu upē, drīz vien samazināts līdz Klermona ar preses palīdzību.


Tomass Ņūkmens (1663–1729)

Tomass Ņūkomens bija angļu kalējs, kurš izgudroja atmosfēras tvaika dzinēju. Izgudrojums bija uzlabojums salīdzinājumā ar Thomas Savery iepriekšējo dizainu.

Newcomen tvaika dzinējs darba veikšanai izmantoja atmosfēras spiediena spēku. Šis process sākas ar dzinēju, kas sūknē tvaiku cilindrā. Pēc tam tvaiku kondensēja auksts ūdens, kas radīja vakuumu cilindra iekšpusē. Iegūtais atmosfēras spiediens darbināja virzuli, radot lejupvērstus gājienus. Izmantojot Newcomen dzinēju, spiediena intensitāti neierobežoja tvaika spiediens - atkāpe no tā, ko Thomas Savery bija patentējis 1698. gadā.

1712. gadā Tomass Ņukomens kopā ar Džonu Kaliju uzbūvēja savu pirmo dzinēju virs ūdens piepildītas raktuves šahtas un izmantoja to, lai izsūknētu ūdeni no raktuves. Newcomen dzinējs bija vatu dzinēja priekštecis, un tā bija viena no interesantākajām tehnoloģijām, kas tika izstrādāta 1700. gados.


Augstspiediena tvaika dzinēji

Lai gan Vats saprata priekšrocības, ko sniedz tvaika ekspansīvās jaudas izmantošana cilindrā, drošības apsvērumu dēļ viņš atteicās izmantot tvaiku zem augsta spiediena. Tas ierobežoja tvaika dzinēju pielietojumu. By the early years of the 19th century, however, the American inventor Oliver Evans had built a stationary high-pressure steam engine for driving a rotary crusher to produce pulverized limestone for agricultural use. Within a few years Evans had designed lighter-weight high-pressure steam engines that could do various other tasks, such as drive sawmills, sow grain, and power a dredge. From 1806 to about 1816 he produced more than 100 steam engines that were employed with screw presses for processing paper, cotton, and tobacco.

Other major advances in the use of high-pressure steam were achieved by Richard Trevithick in England during the early years of the 19th century. Trevithick built the world’s first steam-powered railway locomotive in 1803. Two years later he adapted his high-pressure steam engine to drive an iron-rolling mill and to propel a barge with the help of paddle wheels.

Watt’s engine was able to convert only a little more than 2 percent of the thermal energy in steam to work. The improvements introduced by Evans, Trevithick, and others (e.g., three separate expansion cycles and higher steam temperatures) increased the efficiency of the steam engine to roughly 17 percent by 1900. Yet, within the next decade the steam engine was supplanted for various important applications by the more efficient steam turbine. Owing to technological advances and the use of high-temperature steam, steam turbines have attained an efficiency of thermal energy conversion of approximately 40 percent.


Steam Pump Developed - History

The October 2013 Engine Show of the Coolspring Power Museum witnessed the successful completion of a twenty year project with the dedication and successful operation of its 600 hp Snow gas engine. What a magnificent event, and all the visitors were impressed! Many long hours from a dedicated volunteer staff made this dream possible and, with the nice weather, the engine performed on schedule beautifully. The event closed with a very satisfied feeling from the crew.

Now, as snow covers the museum outside as well as much of the equipment, I would like to reflect on the Snow engine in this two part Flywheel raksts. In the first part, the history of the company and the engine, as well as the people who made it happen, will be discussed. Next month's article will feature the Coolspring engine and how it was saved, moved to our location, and put into operation. Much of this material has never before been published in one work, and it is hoped that the reader will enjoy.

Our story unfolds in 1840 when 23 year old Henry Rossiter Worthington becomes interested in steam boats on the Erie Canal . Already a hydraulic engineer, he noticed that when the boats waited to get through the locks and the main engines were not operating, the boiler feed water pumps had to be operated by hand to keep the boilers filled. Believing that he could solve this problem, he invented a simple reciprocating steam pump that operated automatically to keep the boilers filled to the desired pressure. Photo 1is a drawing of this pump and it is said that it was in operation for 30 years. In 1845, he joined with William Barker in the firm " Worthington and Barker," located in Brooklyn , New York , to manufacture these pumps. It is of note that Worthington pumps were used on the Union 's ironclad steamship, Monitor, in the Civil War. Henry died in 1881 and his son, Charles C. Worthington, then 27, took over the company. He was very aggressive, expanded the business, and soon became very wealthy.

The duplex steam pump is such a wonderfully simple, yet magnificently practical, invention. Having no rotating parts, it consisted of two steam cylinders providing the power to two pumping cylinders with each power and pump piston mounted on a common piston rod. When one cylinder acted, it triggered a steam valve that then operated the other cylinder which then acted on a valve to again operate the first cylinder. As the fluid discharge pressure equaled the steam pressure, the pump simply stopped to begin again when discharge pressure lowered. There is a restored Worthington steam pump operating in the museum's Pump House. Many of these steam pumps are still manufactured and in use today. The Disney steamboat Liberty Belle, in Orlando , Florida, uses two of them to keep its boilers full!

Over the ensuing years, the steam pump business flourished as they were adapted to many uses. Municipal water works found these pumps very dependable and they were made in huge sizes to meet the demand. Many persons entered the steam pump business. In 1889, we find James H. Snow and Daniel O'Day, former employees of National Transit Company of Oil City , Pennsylvania , forming the Snow Steam Pump Works in Buffalo , New York . This seemed a perfect location, with Lake Erie and the Erie Canal nearby demanding pumps for their vessels. For their plant superintendent, they hired a gentleman from Worthington who brought many of those designs with him. The firm prospered as seen in Photo 2showing the new factory. An 1892 "Oil Well Supply" catalog, Photo 3,shows the typical Snow duplex steam pump, identical to ones still used today. In 1896, Snow built a huge high duty, vertical, triple expanding steam pump for the Indianapolis , Indiana , water company. This huge pump had a 5 foot stroke and operated at 21 rpm, producing 775 hp and delivering 20 million gallons of water per day.

With the dawn of the twentieth century approaching, the days of the huge steam pumps were in decline. Soon they would give way to the new technology, the internal combustion engine. Snow realized this and hired John Klein, Chief Engineer for National Transit Company, as his Consulting Engineer. Since Snow was a former National Transit employee, these two men most likely were friends. However, it does seem odd that Klein would design a new engine for his own firm's competition! No explanation has been found for this.

So the first four engine compressor units built by the Snow Steam Pump Works in Buffalo , New York , were John Klein's design. Kā parādīts Photo 4,these engines had two opposed power cylinders, with a 25 inch bore and 48 inch stroke, next to two opposed compressor cylinders mounted on a common crankshaft. The bore of the compressor was 16 inches with a 24 inch stroke. There was a flywheel on each end of the crankshaft. Being installed in 1899 and 1900, two engines were bought by the Central Ohio Natural Gas & Fuel Company to be used in their Lancaster , Ohio, plant and the other two were purchased by Northwestern Ohio Natural Gas Company for their Wheeler Station in Sugar Grove , Ohio . A new era was born with the production and transportation of large quantities of natural gas and this demanded large and efficient natural gas operated compressors to facilitate transportation of the gas.

After the completion of these engines, Snow branched off into its own design of tandem cylinder engines as seen in the Coolspring engine. Their catalog of 1914 simply states that further engines were, "of their (Snow's) own design". The firm had wisely listened to the suggestions of the operators of the big natural gas companies throughout the United States and what their needs would be. Snow's business prospered and they soon branched into engines for electric generation and other power purposes. Photo 5is an early page from the Snow records showing the diversity of size and purpose of the engines. The catalog further states, "Careful attention has always been given to the fact that engines for gas country service cannot be built too substantial, and the metal has been well distributed over one continuous block of concrete, making the machine a solid and substantial one." This explains the massive proportions always noted in the Snow engines. The catalog concludes by noting that 116 engines had been placed into service by 1914.

Very early, Snow was building some of the largest gas engines known. Photo 6shows a 4,000 hp Type A design with an integral electric generator beside the flywheel. This engine had a 42 inch bore and 60 inch stroke with a unique valve mechanism. Note the size of the operator in the center of the photo! It was guaranteed to have a 33% non-continuous overload capacity. Photo 8shows some other large electric generating engines at the Carnegie Steel Works in Youngstown , Ohio. Again, note the size of the person at the foot of the stairs. The 1914 catalog included the following picture of Cross Station, now known as Heath Station, in 1914. Photo 7shows this typical natural gas compressor station installation still under construction. Many of these stations were in remote locations but near the natural gas supply. This certainly complicated the process of transporting heavy engine parts and constructing the foundations and buildings.

The entire power end of the Snow engine, which consists of two double-acting cylinders (fires on both sides of the piston) placed in tandem (one in front of the other) operates the gas compressor located behind the crankshaft. Snow would supply compressors from other manufacturers if specified by the buyer, but preferred to use their own as shown in Photo 9.This compressor was also double-acting and had a power stroke from the engine for every stroke it traveled. This design was very efficient to have the engine and compressor made into one unit. Photo 10shows the layout of the complete station with the interconnections of pipes joining the multiple units.

Birdsill Holly was an inventor from Lockport , New York, and formed the Holly Manufacturing Company to produce huge triple expanding vertical steam pumps similar to those of Snow and Worthington . Fortunately, five of these pumps still exist in the Colonel Ward Pumping Station in Buffalo , New York, and can be viewed by the public on certain dates each year. Holly died in 1894 but the final blow was a disastrous fire as well as a loan foreclosure by Charles C. Worthington that spelled the end for Holly. The firm was then absorbed by Snow and the name changed to the Snow-Holly Steam Pump Works of Buffalo, New York, probably about 1902.

Then came the great merger. Probably caused by the panic of 1899, Charles C. Worthington, always aggressive and wealthy, saw his opportunity to expand and formed the International Steam Pump Company that included many firms now finding themselves in financial duress. The new company included the Snow Steam Pump Works, the Holly Manufacturing Company, the Clayton Air Compressor Works, Blake and Knowles Steam Pump Works, the Deane Team Pump Company, Laidlaw-Dunn-Gordon Company, and the Power and Mining Machinery Company. This accounts for the name, "International Steam Pump Company" on the nameplate of some of the engines at Heath Station. All production was integrated into the Snow Works at Buffalo , New York, except the Deane Steam Pump Company, which stayed in Holyoke , Massachusetts, as "The Deane of Holyoke," and the Power and Mining Machinery Company of Cudahy , Wisconsin . The latter then manufactured the INGECO line of horizontal engines, including farm engines. The International Steam Pump Company name was finally changed to the Worthington Pump and Machinery Corporation in 1916. It was then incorporated as a public company not solely owned by Charles Worthington. This is why Coolspring's engine, built in 1917, bears the Worthington name plate.

Following the merger, both Snow and Deane continued to flourish under the Worthington umbrella. The Snow-Holly Works, later known as the Worthington Buffalo Works, continued to build huge tandem, double-acting gas compressing engines to fill the market's demand. Most notable in this evolution was the placement of the intake and exhaust valves directly on the top and bottom of the cylinder, thus eliminating the side valve chest. Photo 11from the mid-1920s shows this improvement. This plant actually has 16 Worthington engines of 680 hp each with a bore and stroke of 18 1/2 by 20 inches. The photo also suggests that the ignitors have been abandoned in favor of spark plug ignition. Otherwise, the engines are remarkably similar to prior models.

Photo 12depicts a very busy erecting floor at the Buffalo Works in 1935. The building appears to be huge with many engines in various stages of completion. All these grand machines had to be assembled, test run, then taken apart again to be shipped to their final locations. Also new, circa 1935, was a smaller engine not using the tandem cylinder configuration that had been the standard of the firm. As seen in Photo 13,this unit had twin, double-acting power cylinders and opposed compressors. Note the outboard sideshafts that made a more space saving design. An engine like this operates at the Western Minnesota Steam Threshers Reunion in Rollag , Minnesota .

Gradually the demand for these huge engines declined but Worthington had kept up with the market by designing, in 1927, an angle-type integral gas engine compressor with vertical power cylinders and horizontal compressors. The last of the Snow heritage engine compressors were 1,600 hp units of 26 inch bore and 36 inch stroke. They were delivered in June 1951, closing the chapter of these wonderful machines forever. Worthington continued to manufacture vertical engine compressors in Buffalo into the 1970s when production decreased to compressors and service parts. The great Buffalo Works closed in 1987 with the combining of all firms into Dresser-Rand Company of Painted Post, New York . However, the Snow Engine will always live on in the ones that have been saved and those in our memories. Skat Photo 14.

I wish to give special credit and thanks to two individuals whose untiring research made this brief work possible. It is my desire to incorporate this work, and the upcoming second part, into one comprehensive booklet sometime in the future.

Loree A. D. Paulson, PE: He was the last president of Worthington Compressors in Buffalo , NY, and retired in 1993 as vice president of Dresser-Rand.

Thomas "Mac" Sine, ME: He is Senior Analytical Engineer with his primary function being Gas Engine Engineering. He has completed 25 years of service with Dresser-Rand in Painted Post, NY.

Please come to Coolspring for our June 2014 Expo and watch the Snow run. It will be held June 19, 20, and 21, 2014. See you then!


Vēsture

The first pump manufactured was in 1993 of a 1” scale single cylinder pump based upon an article that first appeared in Modeltec. It took 2+ years to get it to operate somewhat reliably and after discussing the project with other club members who had tried to build the same model, I realized that I was not alone with my experiences.

During this time period (1990 – 1996), I was employed by the Ohio Central Railroad Steam Passenger department as a Fireman, Machinist, and eventually Steam Locomotive Engineer. The inspiration to develop a better looking and more reliable pump was reinforced each day when I would start up the pair of Westinghouse 9.5” single cylinder air compressors used for our train air brake system.


1999, I started to design a scale pump using 3-D solid modeling software. The design criteria I set for myself was to:
1) make is scale in overall proportions (external cylinder diameter and length, overall height, bolt count, etc.)
2) Design to use O-rings wherever possible to avoid using graphite string packing.

For manufacturing, I incorporated into the manufacturing process for the Steam and Water piston bores to be honed on a Sunnen Precision Hone machine to ensure roundness, straightness, and smoothness of bore, thereby guaranteeing sealing ability of the O-rings while minimizing drag.

2000 , I produced the first 1.5” scale water pump and offered it to a fellow Live Steamer for extensive testing.

2001 , Two important developments took place. First, I incorporated the “stepped face steam piston” concept to all pumps. This allows more of the piston end face to be exposed to live steam when piston has reached the end of the stroke. With a flat face piston, the only surface area (and resulting force) acting upon the piston is the .078” diameter steam port opening at the ends of the cylinder. At 100 psi, the force acting upon the piston is only 0.477 pounds, hardly enough needed to overcome friction from all of the O-ring seals. This was recognized as a major reason why many other pump designs also tend to stall and fail in the field. I was asked to rebuild other pump manufacturer designs, fitting them with improved pistons which made them work just as well as mine.




Traditional Steam Piston at end of cylinder stroke


The second important development was to address the design, manufacturing, and operation problems associated with the composite shuttle piston + slide valve design commonly found on all single cylinder pumps.


Sitting in my living room during a wintry afternoon, I laid out the plans to make a single piston “switch” using only O-rings to seal the many ports to the cylinders, exhaust, steam supply, and signal ports. New fixtures and new tooling were designed and built and after the prototype was built, live steam testing proved that the response time for the pump to cycle was far superior to the previous design. In addition to the advantage of having a smooth straight bore for the shuttle piston to travel, there is also no large steam chest as with the previous design for steam to expand, cool, and condense into. The shuttle piston design solves the manufacturing, operation, and maintenance issues experienced with the traditional design. With only O-rings to replace, there is no more lapping and no metal-to-metal contact to scar the sealing surfaces.


2002 I designed and built the first 1.5” scale single cylinder air compressor easily capable of quickly charging up a scale reservoir up to within 5 psi of the steam cylinder pressure.

2002 Designed and built a 1” scale water pump.

2003 Designed and built the first 2.5” scale water pump

2004 Designed and built the first 2.5” scale air compressor

2005 Designed and built the first 2-cylinder, high flow rate water pump


2009 Designed and build Okadee style cylinder drains, using my shuttle piston design concept.

2009 Successfully tested Aflas elastomer O-rings for all steam sealing and switching applications.

2011 Redesigned some of the steam head drill fixtures, combining two drilling operations into one.

2013 , Designed and built a practical Westinghouse cross compound top head assembly, using a piston style control valve.

Today, pumps are made on an “as-order” basis since each customer has unique pipe configuration needs. Many of the base components are in stock, leaving manufacture and assembly of the customer specific configuration components as the primary lead time driver.