コーリス蒸気機関

Corliss蒸気エンジン （またはCorlissエンジン ）は、ロータリーバルブと1849年に特許を取得した可変バルブタイミングを備えた蒸気エンジンで、ロードアイランド州プロビデンスのアメリカ人エンジニアGeorge Henry Corlissによって発明され命名されました。

Corlissバルブギアを装備したエンジンは、20世紀にユニフロー蒸気エンジンと蒸気タービンが改良されるまで、あらゆるタイプの静止蒸気エンジンの中で最高の熱効率を提供しました。 Corlissエンジンは、通常、固定カットオフの従来の蒸気エンジンよりも燃料効率が約30％高かった。この効率の向上により、蒸気発電は水力よりも経済的になり、ミルポンドから離れた産業開発が可能になりました。

通常、Corlissエンジンは、工場や工場のラインシャフトに機械的動力を供給し、発電機を駆動して発電するための固定エンジンとして使用されていました。多くは非常に大きく、高さは数メートルあり、低速ではあるが数百馬力を発揮し、数トンの重さのフライホイールを毎分約100回転で回転させました。これらのエンジンの一部は、機械的なレガシーシステムとして珍しい役割を果たしており、比較的高い効率と低いメンテナンス要件のため、21世紀初頭まで稼働し続けています。たとえば、稼働中のエンジンのリストにあるHook Norton BreweryとDistillerie Dillonのエンジンを参照してください。

Corlissエンジンのメカニズム

Corlissエンジンには、各シリンダーに4つのバルブがあり、両端に蒸気バルブと排気バルブがあります。 Corlissエンジンは、バルブ自体とバルブギア、つまりバルブを操作するリンケージシステムの両方に明確な改良を取り入れています。

蒸気の流入と排出に別々のバルブを使用することは、バルブとシリンダーとバルブの間の蒸気通路のどちらも電源と排気のサイクル中に温度を変える必要がないことを意味し、流入と排出のバルブのタイミングを独立して制御できることを意味します。対照的に、従来の蒸気エンジンには、通路を通してシリンダーの各端に交互に給排気するスライドバルブまたはピストンバルブがあります。これらの通路は、エンジン運転中に広い温度変動にさらされ、バルブ機構内に高い温度勾配があります。

クラーク（1891）は、Corlissギアは「本質的に以前に知られ、別々に使用される要素の組み合わせであり、シリンダーとバルブギアに影響を与える」とコメントしました。以前のスチームバルブギアに関するCorlissギアの起源は、Inglis（1868）によって追跡されました。

コーリスバルブギア

ジョージ・コリスは、1849年3月10日にバルブギアの米国特許6,162を取得しました。この特許は、単一のエキセントリックからエンジンの4つのバルブにバルブの動きを伝えるリストプレートの使用をカバーし、トリップの使用をカバーしましたCorliss Enginesを特徴付けるガバナー制御下の可変カットオフを備えたバルブ。ほとんどが水平であった後期のエンジンとは異なり、この特許は垂直シリンダービームエンジンについて記述しており、シリンダーの両端で吸気と排気に個別のスライドバルブを使用しました。

入口弁は、偏心駆動のつめで開かれます。つめがトリップすると、ダッシュポットを使用して急速に閉じられます。多くのエンジンでは、同じダッシュポットがバルブを閉じるための真空バネとして機能しますが、Corlissの初期のエンジンは十分に遅いため、ダッシュポットのピストンとロッドの重量がバルブを閉じました。

Corlissエンジンの速度は、各パワーストローク中に蒸気のカットオフを変化させることで制御されますが、スロットルは常に全開にします。これを達成するために、遠心ガバナーは、各流入バルブに1つずつ、一対のカムにリンクされています。これらのカムは、ピストンストローク中に爪が解放するポイントを決定し、そのバルブを閉じます。

カットオフを調整できるすべての蒸気エンジンと同様に、これを行うことの利点は、吸気行程の大部分が、吸気バルブが閉じた後のシリンダー内の蒸気の膨張によって駆動されるという事実にあります。これは、吸気バルブがパワーストロークの長さだけ開いており、速度がスロットルバルブによって調整されるエンジンで可能なよりも、理想的なカルノーサイクルにはるかに近くなります。

Corlissバルブギアにより、より均一な速度と負荷変化へのより良い応答が可能になり、圧延機や紡績などの用途に適し、製造での使用が大幅に拡大しました。

コーリスバルブ

コーリスバルブはシリンダーに直接開きます。バルブはシリンダーを接続して、蒸気と排気プレナムを分離します。当初、Corlissはリニアアクチュエーターを備えたスライドバルブを使用していましたが、1851年までに、Corlissは米国特許8253に記載されているように半回転式バルブアクチュエーターにシフトしました。このエンジンでは、リストプレートがシリンダー側の中央に移動しました。後でCorlissエンジン。しかし、これはまだビームエンジンであり、半回転バルブアクチュエータはエンジンの4つのバルブチェスト内でリニアスライドバルブを操作しました。

コーリスバルブは、円筒形のバルブ面内で回転する小さな円形セグメントの形をしています。それらの作動機構はバルブの軸に沿ってオフになっているため、ポペットバルブのステムなどの「デッドスペース」がほとんどなく、ポート領域全体をガスの流れに効率的に使用できます。

Corlissバルブの面積はポート面積に比べて小さいため、ガスの流れの影響により、他の種類のバルブと比較してバルブ軸に比較的小さなトルクが生成されます。これらの利点により、Corlissギアを備えた蒸気エンジンとは別に、Corliss形式のバルブが他の役割で使用されています。

ロールス・ロイス・マーリンの航空エンジンは、スロットルとして長方形のバタフライバルブを使用しました。この蝶に非対称に作用するガス流の力は、状況によっては電力の制御が不十分になる可能性があります。 134の後期モデルでは、この問題を回避するために、代わりにCorlissスロットルバルブが使用されました。

規制および規制エンジン

大型のCorlissエンジンの一般的な特徴は、フライホイールのリムにある1組または2組の狭いギアの歯です。これらの歯により、フライホイールを締めることができます 。つまり、クローバーの助けを借りて回転します。これは、エンジンのメンテナンス中、たとえば、カットオフバルブとアドミッションバルブのタイミングを設定するために必要になる場合があり、エンジンの始動中に必要になる場合があります。

始動時にエンジンを遮断する必要性は、不注意なエンジンオペレーターがピストンを死点またはその近くに置いてエンジンを停止する可能性がある単気筒エンジンで最も明白です。この状態で一旦停止すると、エンジンはそれ自体の力で始動できなくなります。そのため、エンジンを始動するためにより好ましい位置に配置する必要があります。

大型のCorlissエンジンは低温で安全に始動できないため、金属加工品を温めるためにシリンダーの両側に低圧蒸気を入れるのが一般的です。このプロセス中にエンジンをゆっくりと回すと、エンジン全体が均一に暖められ、動力を加える前にオイルがメカニズム全体に均一に分配されます。繰り返しますが、これを行うために禁止が使用される場合がありますが、オペレータはバルブを手動で慎重に操作することによってこれを行うことがあります。

大型エンジンの場合、筋肉駆動の規制は十分に困難であるため、 規制エンジンが頻繁に設置されます。これらは、フライホイールの歯と噛み合うように切られたギアの歯を備えた小型エンジンです。一般に、バーリングエンジンの駆動ギアは、バーリングギアが噛み合っているときにエンジンが自身の力で作動し始めると、自動的に切り離されるように設計されています。

会社の歴史

Corliss Steam Engine Companyは、元々1830年代にFairbanks、Clark＆Co.として知られていました。 1843年、エドワードバンクロフトが入社したときに、フェアバンクス、バンクロフト＆カンパニーに改名されました。 1846年にジョージ・H・コーリスが入社したときにバンクロフト、ナイチンゲール＆カンパニーに改名され、1847年にコーリス、ナイチンゲールおよびカンパニーに改名されました。

1857年、会社は最後にCorliss Steam Engine Companyに改名されました。 1864年までに、コーリスはパートナーを買収し、会社の唯一の所有者となりました。 1900年、Corliss Steam Engine CompanyはInternational Power Companyに買収されました。 1905年にアメリカとイギリスの製造会社によって購入されました。 1925年に同社はフランクリンマシンカンパニーに合併しました。その頃には、フランクリンマシンカンパニーはすでにウィリアムAハリススチームエンジンカンパニーに所有されていました。

1859年までに、現在Corlissエンジンとして知られているすべての主要な機能が導入されました。 Corlissなどに付与された特許には、シリンダーとインラインのロータリーバルブとクランクシャフトが組み込まれています。たとえば、1859年7月5日に付与されたCorlissの米国特許24,618を参照してください。競合する発明者は、Corlissのメカニズムの代替案を発明するために懸命に働きました。 1858年3月16日に付与されたJamiesonの米国特許19,640のように、彼らは一般にCorlisのリストプレートの使用を避け、蒸気弁の代替リリースメカニズムを採用しました。

Corlissの1849年特許は1870年に失効しました。この特許の期間は、1851年5月13日に米国特許再発行200、1859年7月12日に米国特許再発行758および763によって延長されました。B。ヒックアンドサンは1864年頃に最初にCorlissエンジンを英国に導入しました。 1870年以降、他の多くの企業がCorlissエンジンの製造を開始しました。その中でも、ウィリアムA.ハリススチームエンジンカンパニー、ワーシントンポンプアンドマシナリーカンパニー、およびアリスチャルマーズ。一般に、これらのマシンは、誰が作ったかに関係なく、Corlissエンジンと呼ばれていました。

センテニアルエンジン

Corliss Centennial Engineは、1876年にフィラデルフィアで開催されたCentennial Expositionの展示物のほぼすべてに全長1マイル以上のシャフトを介して駆動する、オールインクルーシブで特別に構築された回転ビームエンジンでした。ブラジルのユリシーズS.グラント大統領とペドロ2世皇帝によってスイッチがオンにされ、このエンジンはフェア期間中は一般公開されていました。

エンジンは、2つのシリンダーを並べて構成されていました。各シリンダーは、10フィート（3.0 m）のストロークで44インチ（112 cm）に穿孔されました。センテニアルエンジンの高さは45フィート（14 m）、フライホイールの直径は30フィート（9.1 m）で、1,400馬力（1,000 kW）を生産しました。フェアの後、分解してプロビデンスにあるコーリスの工場に送り返しました。 7年後、ジョージプルマンが所有するシカゴ工場に売却され、1910年までスクラップ工場として販売されました。

このエンジンは文化的なアイコンになったため、多くの現代史家にとって、 Corliss Engine （またはCorliss Steam Engine ）という用語は、この特定のエンジンを指し、Corlissバルブギアを備えた広範なクラスのエンジンではありません。

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