www.timberships.fora.pl

kgerlach

Wczesne maszyny parowe psuły się często. Oczywiście dużo zależy od tego, które z nich uznamy za „pierwsze”, ponieważ postęp techniczny był szybki, a niezawodność wkrótce stała się priorytetem dla wielu ważnych odbiorców (np. marynarki wojennej). Te i następne uwagi nie odnoszą się do rozmaitych silników eksperymentalnych, jak rotacyjnych, których awaryjność – wynikająca między innymi z problemów z uszczelnianiem, smarowaniem – eliminowała je z szerszego użycia. Poza tym trudno o obiektywne dane z okresu pionierskiego. Wytwórcy dostarczali początkowo maszynę i mechaników do jej obsługi jako „pakiet wiązany” i woleli ukrywać mniejsze awarie we własnym gronie, gdyż obniżało to ich konkurencyjność na rynku. Z kolei chętnie i z przesadą eksponowali pogłoski o zawodności silników innych firm, więc trzeba do tych informacji odnosić się ostrożnie.
Tabela sporządzona na podstawie wielu dokumentów o różnej wiarygodności podaje, że w latach 1823-1837 wydarzyły się 24 poważne awarie silników na parowcach Royal Navy oraz 26 na bocznokołowcach brytyjskiego Urzędu Poczt. Oszacowano w 1843, że podczas eksploatacji okrętowej maszyny parowej przeciętnie przez pierwsze trzy lata koszty napraw przekraczały 10 procent ceny pierwotnej, a w całym okresie użytkowania silniki znajdowały się w remoncie od jednej piątej do nawet jednej trzeciej ogólnego czasu wykorzystywania. Ale w latach 1847-1850 wskaźniki te miały podobno polepszyć się nawet kilkanaście do kilkudziesięciu razy.
Admiralicja brytyjska zawsze kładła nacisk na niezawodność, nawet kosztem innych zalet i np. w latach 50. XIX w. faworyzowała silniki Penna z tłokiem rurowym (chociaż istniały dużo nowocześniejsze), ponieważ ten wytwórca od zarania dbał przede wszystkim o jakość, stosując najlepsze dostępne wtedy materiały, technologie i precyzyjne obrabiarki, co minimalizowało częstotliwość awarii i ułatwiało wymianę części.
W każdym razie, kiedy w 1825 brytyjski parowiec cywilny Enterprize popłynął pod parą i żaglami do Indii (rejs trwał od 16 sierpnia do 7 grudnia), jego kapitan był bardziej niż inni zainteresowany działaniem mechanizmów („prawdziwi” żeglarze-nawigatorzy gardzili mechanikami oraz ich problemami) i odnotowywał je w dzienniku pokładowym, zaś główny mechanik przesłał raport do Anglii, więc sporo możemy się dowiedzieć: już po 12 dniach otwarto kocioł i zdarto kamień kotłowy dłutami i skrobakami, oczyszczono kanały spalinowe, zdjęto pokrywy cylindrów, skontrolowano tłok i uszczelnienia – wszystkiego dokonała sama obsada maszynowni. W czasie czteromiesięcznego rejsu urywały się mosiężne (brązowe) sworznie w kotle, łamały trzony zaworowe – załoga poradziła sobie z każdą naprawą sama, na pełnym morzu. Rzecz jasna każdy taki remont lub konserwacja wymagały zatrzymania maszyn, więc wszelkie bajania badaczy żeglugi z książeczek dla dzieci, o głupio konserwatywnych marynarzach i admiralicjach, bez oporu których śmiało można się było dużo wcześniej pozbyć z okrętów masztów i żagli, są i pozostaną koszmarnymi bzdurami, wynikającymi z technicznej ignorancji. Inny znany wszystkim wczesny parowiec, Karteria z greckiej wojny o niepodległość, zasłynął tyleż ze skuteczności, co nieustających awarii, ale pozostał mimo tego bardzo pożytecznym i budzącym grozę u przeciwników okrętem. Tłokowe maszyny parowe miały tak prostą budowę, że z większością awarii obsady maszynowni radziły sobie same, nawet bez zawijania do portów. Wielkość części nie była tu problemem, ponieważ załogi okrętów od stuleci nauczyły się operować ogromnymi ciężarami (kilkutonowe działa i kotwice, reje, maszty) przy pomocy kołowrotów poziomych, kabestanów, talii, dźwigni itp., używając zawczasu przygotowywanych konstrukcyjnie punktów mocowania lub podparcia.
Oczywiście czasem skala problemów przerastała możliwości mechaników okrętowych, a zarazem potrzeby nie pozwalały na spokojne przeczekanie do naprawy w stoczni – w czasie wojny krymskiej Brytyjczycy użyli kilku okrętów warsztatowych płynących razem z flotą bojową. Znane szczegółowo wyposażenie jednego z nich obejmowało czteropaleniskową kuźnię, pomocniczy silnik parowy małej mocy, żeliwiak o wielkości wsadu 1,5 tony, kadzie odlewnicze, młot parowy o ciężarze bijaka 356 kg, maszynowe przebijaki i piły, strugarkę z własnym napędem, maszynę do gwintowania śrub i nakrętek, mechaniczną wiertarkę do otworów o średnicy do 20 cm, cztery mniejsze wiertarki, tokarkę o długości ponad 4,5 m, maszynę do dłutowania i strugania, kleszcze kowalskie, młotki, miechy, kamienie szlifierskie, piasek odlewniczy, węgiel, koks, gąski żeliwne i z żelaza pudlarskiego, bryły stalowe. Tu dało się naprawić prawie wszystko.

Naturalne środki smarne (łój, oleje roślinne, tłuszcze zwierzęce) całkowicie wystarczały w samych silnikach o ruchu elementów prawie wyłącznie posuwisto-zwrotnym i stosunkowo wolnym. Dotyczyło to też całych maszynowni bocznokołowców. Dopiero przejście na napęd śrubowy stworzyło szereg nowych problemów – trzeba było zainstalować gigantyczne przekładnie przyspieszające o prędko zużywających się zębach; szybkoobrotowe wały napędowe wycierały wszelkie łożyska i wybijały dziury w kadłubie. Co prawda skonstruowanie silników o większej prędkości obrotowej wkrótce wyeliminowało potrzebę stosowania przekładni, a wynalezienie łożysk gwajakowych smarowanych wodą pozwoliło na dobre łożyskowanie wałów bez tribologii. Jednak ówczesne środki smarne sprawiały kłopoty „peryferyjne” - nie trzymały się miejsc, dla których je przeznaczono, tylko wędrowały po całym układzie, intensyfikując korozję (przez zawartość kwasów tłuszczowych), zatykając rozmaite wąskie przejścia, eliminując z użycia skraplacze powierzchniowe itd. Oczywiście te „wędrujące śmieci” powstawały także z wykorzystywanych uszczelniaczy i produktów zużycia ciernego, ale smary miały w nich decydujący udział. Czasem niedoskonałość ówczesnych silników poprawiała smarowanie, ponieważ lekko skraplająca się w cylindrach para (generalnie zjawisko szkodliwe, które mogło być bardzo groźne) dawała - w małych ilościach – pożyteczny film wodny, którego wyeliminowanie w miarę postępu w budowie kotłów i maszyn napędowych wywołało problemy z nadmiernym tarciem. Kolejny kłopot, jaki wiązał się z użyciem smarów pochodzenia naturalnego, także pojawił się dopiero później. Stosowanie izolacji cylindrów i przegrzewaczy pary podniosło temperatury pracy, a w takich warunkach oleje i tłuszcze roślinne oraz zwierzęce zaczęły zawodzić – trzeba było opracować wysokotemperaturowe oleje mineralne, ale to wystarczyło. Dopiero ogromny wzrost wymiarów i mocy silników w drugiej połowie XIX w., wyposażonych w monstrualne wały korbowe obracane z coraz większą prędkością oraz wzrost efektywności napędu śrubowego dający zwiększenie sił wzdłużnych, stworzyły warunki do sensownego użycia osiągnięć tribologii. Trzeba też pamiętać, że takie rzeczy jak np. łożyska samosmarne, często wymyślali praktycy nie korzystający z podstaw teoretycznych i dopiero następny etap (łożyska wzdłużne Mitchella itd.) nie mógł się już obyć bez badań naukowych i rozwoju teorii filmów smarnych.
Krzysztof Gerlach

JacekZet

Jak rozwiązane było smarowanie gładzi cylindrów i suwaków? Obserwując stosowane w parowozach rozwiązania zauważyłem że stosuje się wtrysk oleju smarnego do cylindra lub tulei suwakowej a w celu usunięcia oleju z pary odlotowej pobieranej przez inżektor Metcalfe-Friedmanna specjalny odolejacz. Czy stosowano odolejacze w pierwszych maszynach z kondensacją pary odlotowej - powstanie filmu olejowego na powierzchni wody w kotle może doprowadzić do groźnych następstw.

kgerlach

Pierwotnie stosowano częste, okresowe smarowanie tłoków. Firma Boulton & Watt podawała w instrukcji obsługi z czasów bocznokołowców: „właściwą ilością łoju [z tłuszczu krów i owiec] do smarowania tłoka, są dwa funty na każdy tydzień na każdą stopę średnicy cylindra. Ale jeśli trafi się okazja aplikowania go częściej, lepiej nie dawać całej ilości od razu, ale podzielić stosownie do nastręczających się okoliczności”. Istnieje rysunek silnika Wata z 1822 z dużą smarownicą na pokrywie cylindra, ale ten system smarowania był wtedy jeszcze bardzo rzadki. Później (jeszcze przed połową XIX w.) rozpowszechniły się kurki smarownicze doprowadzające łój lub olej do wewnętrznych, poruszających się części silnika. Można było to robić w trakcie pracy, przy czym zalecano, by kurki na cylindrach otwierać wtedy, gdy tłok zbliża się do krańcowego położenia, po stronie, gdzie panowała chwilowo próżnia, by zassała smar. W tym czasie suwaki smarowano z dwóch smarownic – ta znajdująca się po stronie próżniowej z oczywistych względów mogła stale podawać smar; użycie drugiej wymagało pewnych zabiegów (zamknięcia zaworu wlotowego pary i przymknięcia kurka dostarczającego wodę do skraplacza natryskowego), dzięki którym ciśnienie małej ilości pozostałej pary spadało chwilowo poniżej atmosferycznego.
Bardzo długo typowe silniki okrętowe pracowały na wodzie morskiej, kondensowanej tylko częściowo, operowały parą pod niskim ciśnieniem oraz wykorzystywały skraplacze natryskowe. Okresowe „przedmuchiwanie” kotłów było standardową i częstą operacją, więc zanieczyszczenie olejem nie stanowiło większego problemu. Sprawiało poważny kłopot tylko w instalacjach ze skraplaczami przeponowymi i dlatego nieprzypadkowo pierwszy znany mi odolejacz wody kotłowej pochodzi z patentu przyznanego w 1833 Samuelowi Hallowi, propagatorowi wczesnych skraplaczy powierzchniowych.
Krzysztof Gerlach

kossakowski · Dołączył: 27 Mar 2011 Posty: 28 Przeczytał: 0 tematów

Tak jak obiecałem Panu Krzysztofowi wykonałem model silnika boczno-wahaczowego. Bardzo dziękuję mu za przesłane materiały. Potrzebowałem jakiś projekt na studia i wybrałem sobie nieco nad ambitnie to właśnie urządzenie.
Jest już skończone, ale dopieszczam jeszcze elementy do prezentacji - animacje oraz zdjęcia.
W każdym razie mam nadzieję, że się spodoba Very Happy

Link do albumu z fotkami:
[link widoczny dla zalogowanych]

Animacja na Youtube:
https://www.youtube.com/watch?v=LwFcIwniP5g

Postaram się jeszcze parę rzeczy dorzucić - działanie w przekroju, poruszanie się suwaka oraz zaworów.

Niestety nie udało mi się zastosować prostowodów Watta, chociaż bardzo chciałem to zrobić. Dzieje się tak z dwóch powodów - po pierwsze obliczenia są dosyć męczące, ale to jeszcze bym jako przebolał. Gorszy problem to to, że dla komputera ten mechanizm to nie jest prostowód, gdyż działa on tylko w sposób przybliżony. Tor ruchu jest tak na prawdę krzywą, chociaż bardzo zbliżoną na pewnym odcinku do prostej. Maszyna licząca głupia i nawet nanometr odsunięcia jest dla niej niemożliwą do przeskoczenia przeszkodą.

kgerlach

Bardzo piękna animacja. Jeśli mogę coś zasugerować (nie odnośnie projektu dyplomowego, tylko rysunku zamieszczonego tutaj), to dodanie skromnej legendy (w postaci strzałek czy numerów). Myślę, że wielu użytkownikom przypomnienie, gdzie jest cylinder, pompa powietrzono-skroplinowa czy komora suwaka, może pomóc w percepcji.
Nie warto jednak tego robić, jeśli miałoby to zająć zbyt dużo czasu.

Zabawne jest to uświadomienie sobie ograniczeń obliczeń ścisłych. Konstruktorzy maszyn parowych projektowali prostowody Watta, wszelkie odchyłki od idealnej prostoliniowości "załatwiali" drobnymi luzami w przegubach i wszystko grało. Nawet zwykłego Excela da się bez trudu zmusić do podstawiania (po wyliczeniu) przybliżonej wartości należącej do jakiejś narzuconej wzorem krzywej. A tu - masz ci los - taki pech.
Serdecznie pozdrawiam,
Krzysztof Gerlach

kossakowski · Dołączył: 27 Mar 2011 Posty: 28 Przeczytał: 0 tematów

Killick · Dołączył: 26 Lip 2010 Posty: 18 Przeczytał: 0 tematów

Panie Krzysztofie, zarówno w tym temacie jak i w innych starszych w tym dziale nie są już dostępne ilustracje.

Czy jest szansa, żeby je Pan stopniowo zamieścił od nowa? Zdaję sobie sprawę z tego ile z tym zachodu ale bez nich przy takich tematach to jak bez ręki Smile

kgerlach

Odpowiadałem już parę razy na analogiczne pytania i nawet wysmażyłem w wątku "od administratora" (czy jakoś tak) apel do tych, którzy chcą mieć coś na trwałe, by to sobie kopiowali, póki widać. Niestety, mimo zapewnień właścicieli serwerów publicznych o zachowaniu ilustracji "na zawsze", ciągle one znikają. Mieliśmy ostatnio parodniową "przerwę konserwacyjną" i nie miałem wątpliwości, że efekt będzie ten sam - ofiarą czyszczenia padną nie nachalne reklamy, tylko moja ciężka praca.
Zdaje sobie sprawę, że artykuły tematyczne bez tych ilustracji są właściwie bez wartości, lecz ja nie mogę ich ciągle uzupełniać od nowa - a już parę razy to robiłem. Nie wiem nawet, gdzie schowałem część oryginałów, a zresztą i wklejanie kolejny raz tych samych, jakie jeszcze mam, to ogromna robota, na którą zwyczajnie nie starcza mi czasu i sił. Myślę raczej, że będę usuwał całe tematy, aby nie drażniły - na to wystarczy jedno kliknięcie.
Pozdrawiam, Krzysztof Gerlach

Killick · Dołączył: 26 Lip 2010 Posty: 18 Przeczytał: 0 tematów

To jest pewna myśl - ja mam sporo rzeczy skopiowanych (choć akurat nie temat o maszynach parowych), więc może to co mam ja przyda się komuś a ktoś będzie miał na dysku "Maszyny...'. Zajrzę to tematu "od administratora".

AndrzejNS

Witam.
Mam złożony cały wątek o silnikach w PDF. Mogę udostępnić. Proszę o info na priv.

Killick · Dołączył: 26 Lip 2010 Posty: 18 Przeczytał: 0 tematów

Super. Wysłałem wiadomość. Społeczność forum jest może i mała ale jak widzę można na nią liczyć Smile

Maciej

Jeśli ktoś ma gdzieś zapisane te artykuły "z obrazkami" to bardzo bym prosił o przesłanie na
[link widoczny dla zalogowanych]
Cóż, jak autor wspominał, obrazki które miały być "na zawsze" poznikały całkiem szybko z serwerów, a ja sobie nie zapisałem, a mam pewne plany związane z tą publikacją, ale potrzebuję do tego kompletu rysunków....

pozdrawiam
Maciej Chodnicki

Maciej

Dzięki uprzejmości jednego z użytkowników, otrzymałem już wspomniane opracowania. Bardzo dziękuję za pomoc.

pozdrawiam

white · Dołączył: 27 Lip 2020 Posty: 2 Przeczytał: 0 tematów

Czy jest techniczna możliwość podwieszenia na forum pdf-ów z obrazkami ? Oczywiście za zgodą pana Krzysztofa

kgerlach

Jak widać, minęły już trzy lata od planów publikacji "papierowej" wersji tego artykułu razem z rysunkami, ale tymczasem pandemia, wybicie wydawców i czytelników, poważne kłopoty osobiste itd. spowodowały dezaktualizację zamierzeń. Oczywiście nie mam nic przeciwko dołączeniu przez kogoś rysunków na forum (z drobniutkim zaznaczeniem jednym zdaniem, że to ja jestem ich autorem, ponieważ nie chciałbym znowu zetknąć się z sytuacją, gdy ktoś sobie skopiuje mój rysunek do swojej publikacji i dopisze "copy right"). Obawiam się jednak, że to będzie bardzo trudne, ponieważ niektóre z tych rysunków są bardzo rozbudowane, a w związku z tych pamięciochłonne. Skorzystanie z zewnętrznego serwera skończy się tym co zawsze, czyli szybkim usunięciem z forum, a skorzystanie z Galerii może być niemożliwe - o ile pamiętam, są tam właśnie dość znaczne ograniczenia wielkości plików. Być może zdobędę się na to (nie obiecuję, bo moja huśtawka ze zdrowiem jest szalona), że póki jeszcze nie przeszedłem w stan warzywa, wydrukuję całość, razem z ilustracjami, na własnej drukarce i będę przesyłał zainteresowanym w formie spiętych kartek (be żadnego wydawnictwa czy nawet drukarni), po kosztach własnych. Dam znać gdy (i jeśli) będę miał pierwszy egzemplarz.
Pozdrawiam, Krzysztof Gerlach