«Газовые двигатели и генераторы генераторного газа»

Transcriber's Note: The original publication has been replicated faithfully except as listed here.

Газовые двигатели и генераторные газовые установки

A PRACTICE TREATISE SETTING FORTH THE PRINCIPLES OF GAS-ENGINES AND PRODUCER DESIGN, THE SELECTION AND INSTALLATION OF AN ENGINE, CONDITIONS OF PERFECT OPERATION, PRODUCER-GAS ENGINES AND THEIR POSSIBILITIES, THE CARE OF GAS-ENGINES AND PRODUCER-GAS PLANTS, WITH A CHAPTER ON VOLATILE HYDROCARBON AND OIL ENGINES

BY

R. E. MATHOT, M.E.

Member of the Société des Ingénieurs Civils de France, Institution of Mechanical Engineers, Association des Ingénieurs de l'Ecole des Mines du Hainaut of Brussels

TRANSLATED FROM ORIGINAL FRENCH MANUSCRIPT BY

WALDEMAR B. KAEMPFFERT

WITH A PREFACE BY

DUGALD CLERK, M. Inst. C.E., F.C.S.

ILLUSTRATED

NEW YORK

MUNN & COMPANY

OFFICE OF THE SCIENTIFIC AMERICAN

361 BROADWAY

1905

ПРЕДИСЛОВИЕ

TO

"MATHOT'S GAS-ENGINES AND PRODUCER-GAS PLANTS"

BY

Dugald Clerk, M. Inst.C.E., F.C.S.

Г-н Мато, автор этого интересного труда, является известным бельгийским инженером, который на протяжении многих лет посвятил себя испытаниям и составлению отчетов о газовых и нефтяных двигателях, газогенераторах и газовых установках в целом. Я имею удовольствие знать г-на Мато много лет и вместе с ним осматривал газовые двигатели. Я был весьма впечатлен способностями и тщательностью, с которыми он подходит к этому предмету. Я не знаю другого инженера, более компетентного в решении множества мелких вопросов, возникающих при установке и эксплуатации газовых и нефтяных двигателей. Я прочитал эту книгу с большим интересом и удовольствием и считаю, что в ней эффективно и полно освещены все основные детали установки, эксплуатации и испытаний этих двигателей. Я не знаю другой работы, в которой так подробно рассматривались бы детали установки и обслуживания газовых двигателей. В работе четко указаны все вопросы, на которые необходимо обратить внимание для получения наилучшей производительности любого газового двигателя в различных условиях эксплуатации. На мой взгляд, эта книга является весьма полезной, заслуживает и, несомненно, получит широкое общественное признание.

Dugald Clerk.

Март 1905 г.

ВВЕДЕНИЕ

Постоянно растущее использование газовых двигателей в последнее десятилетие привело к изобретению большого количества типов, эксплуатация и обслуживание которых требуют специальных практических знаний, не предъявляемых другими двигателями, такими как паровые машины.

Двигатели внутреннего сгорания, работающие на светильном газе, генераторном газе, нефти, бензине, спирте и тому подобном, требуют гораздо большего ухода при эксплуатации и регулировке, чем паровые машины. Действительно, паровые машины регулярно подвергаются воздействию сравнительно низких давлений. Кроме того, температура в цилиндрах умеренная.

С другой стороны, двигатель внутреннего сгорания нерегулярно подвергается воздействию высоких и низких давлений. Температура газов в момент взрыва чрезвычайно высока. Следовательно, необходимо прибегать к искусственным средствам охлаждения цилиндра; и способ, которым осуществляется это охлаждение, оказывает очень большое влияние на работу двигателя. Если охлаждение происходит слишком быстро, количество потребляемого газа значительно увеличивается; если охлаждение происходит слишком медленно, детали двигателя быстро изнашиваются.

Чтобы свести потребление газа к минимуму, что особенно важно, когда двигатель работает на городском газе, взрывоопасная смесь сжимается перед зажиганием. Только если все детали собраны с абсолютно газонепроницаемыми соединениями, можно получить такое сжатие. Малейшая утечка через клапаны или вокруг поршня заметно увеличит расход.

Смесь должна воспламеняться в тот самый момент, когда поршень начинает свой рабочий ход. Если зажигание происходит слишком рано или слишком поздно, результатом будет заметное уменьшение полезного эффекта, производимого расширением газа. Все устройства зажигания состоят из деликатных деталей, за которыми нужен тщательный уход.

Из всего сказанного следует, что причины нарушений в работе газового двигателя более многочисленны, чем в паровом; что при неправильном уходе за газовым двигателем расход топлива увеличивается гораздо сильнее, чем у парового, и это приводит к потере мощности, которая в паровых машинах была бы едва заметна, независимо от плотности их соединений.

Цель данного руководства — указать элементарные меры предосторожности, которые необходимо соблюдать при уходе за двигателем, работающим в нормальных условиях, и объяснить, как следует выполнять ремонт для устранения повреждений, вызванных авариями. В первую очередь будут рассмотрены двигатели мощностью менее 200 лошадиных сил, которые широко используются в небольших масштабах. В другой работе автор рассмотрит более мощные двигатели.

Прежде чем рассматривать выбор, установку и эксплуатацию газового двигателя, будет интересно определить относительную стоимость различных видов двигательной энергии. Не принимая во внимание особые причины, которые могут способствовать тому или иному методу выработки энергии, в каждом случае будет рассматриваться чистая стоимость одного лошадиного силы-часа, чтобы показать, какой метод выработки энергии является наименее дорогим в обычных обстоятельствах.

Р. Э. МАТО.

Март 1905 г.

TABLE OF CONTENTS

PAGE

CHAPTER I

MOTIVE POWER AND COST OF INSTALLATION 17

CHAPTER II

SELECTION OF AN ENGINE

The Otto Cycle.—The First Period.—The Second Period.—The Third Period.—The Fourth Period.—Valve Mechanism.—Ignition.—Incandescent Tubes.—Electric Ignition.—Electric Ignition by Battery and Induction-Coil.—Ignition by Magnetos.—The Piston.—Arrangement of the Cylinder.—The Frame.—Fly-Wheels.—Straight and Curved Spoke Fly-Wheels.—The Crank-Shaft.—Cams, Rollers, etc.—Bearings.—Steadiness.—Governors.—Vertical Engines.—Power of an Engine.—Automatic Starting

21

CHAPTER III

THE INSTALLATION OF AN ENGINE

Location.—Gas-Pipes.—Dry Meters.—Wet Meters.—Anti-Pulsators, Bags, Pressure-Regulators.—Precautions.—Air Suction.—Exhaust.—Legal Authorization

69

CHAPTER IV

FOUNDATION AND EXHAUST

The Foundation Materials.—Vibration.—Air Vibration, etc.—Exhaust Noises 87

CHAPTER V

WATER CIRCULATION

Running Water.—Water-Tanks.—Coolers

98

CHAPTER VI

LUBRICATION

Quality of Oils.—Types of Lubricators

111

CHAPTER VII

CONDITIONS OF PERFECT OPERATION

General Care.—Lubrication.—Tightness of the Cylinder.—Valve-Regrinding.—Bearings.—Crosshead.—Governor.—Joints.—Water Circulation.—Adjustment

121

CHAPTER VIII

HOW TO START AN ENGINE.—PRELIMINARY PRECAUTIONS

Care during Operation.—Stopping the Engine

128

CHAPTER IX

PERTURBATIONS IN THE OPERATION OF ENGINES AND THEIR REMEDY

Difficulties in Starting.—Faulty Compression.—Pressure of Water in the Cylinder.—Imperfect Ignition.—Electric Ignition by Battery or Magneto.—Premature Ignition.—Untimely Detonations.—Retarded Explosions.—Lost Motion in Moving Parts.—Overheated Bearings.—Overheating of the Cylinder.—Overheating of the Piston.—Smoke arising from the Cylinder.—Back Pressure to the Exhaust.—Sudden Stops

134

CHAPTER X

PRODUCER-GAS ENGINES

High Compression.—Cooling.—Premature Ignition.—The Governing of Engines

153

CHAPTER XI

PRODUCER-GAS

Street-Gas.—Composition of Producer-Gases.—Symptoms of Asphyxiation.—Gradual, Rapid Asphyxiation.—Slow, Chronic Asphyxiation.—First Aid in Cases of Carbon Monoxide Poisoning.—Sylvester Method.—Pacini Method.—Impurities of the Gases

165

CHAPTER XII

PRESSURE GAS-PRODUCERS

Dowson Producer.—Generators.—Air-Blast.— Blowers.—Fans.—Compressors.—Exhausters.—Washing and Purifying.—Gas-Holder.—Lignite and Peat Producers.—Distilling-Producers.—Producers Using Wood Waste, Sawdust, and the like.—Combustion-Generators.—Inverted Combustion

174

CHAPTER XIII

SUCTION GAS-PRODUCERS

Advantages.—Qualities of Fuel.—General Arrangement.—Generator.—Cylindrical Body.—Refractory Lining.—Grate and Support for the Lining.—Ash-pit.—Charging-Box.—Slide-Valve.—Cock.—Feed-Hopper.—Connection of Parts.—Air Supply.—Vaporizer.—Preheaters.—Internal Vaporizers.—External Vaporizers.—Tubular Vaporizers.—Partition Vaporizers.—Operation of the Vaporizers.—Air-Heaters.—Dust-Collectors.—Cooler, Washer, Scrubber.—Purifying Apparatus.—Gas-Holders.—Drier.—Pipes.— Purifying-Brush.—Conditions

of Perfect Operation of Gas-Producers.—Workmanship and System.—Generator.—Vaporizer.—Scrubber.—Assembling the Plant.—Fuel.—How to Keep the Plant in Good Condition.—Care of the Apparatus.—Starting the Fire for the Gas-Producer.—Starting the Engine.—Care of the Generator during Operation.—Stoppages and Cleaning

199

CHAPTER XIV

OIL AND VOLATILE HYDROCARBON ENGINES

Oil-Engines.—Volatile Hydrocarbon Engines.—Comparative Costs.—Tests of High-Speed Engines.—The Manograph.—The Continuous Explosion-Recorder for High-Speed Engines.—Records

264

CHAPTER XV

THE SELECTION OF AN ENGINE

The Duty of a Consulting Engineer.—Specifications.—Testing the Plant.—Explosion-Recorder for Industrial Engines.—Analysis of the Gases.—Witz Calorimeter.—Maintenance of Plants.—Test of Stockport Gas-Engine with Dowson Pressure Gas-Producer.—Test of a Winterthur Engine.—Test of a Winterthur Producer-Gas Engine.—Test of a Deutz Producer-Gas Engine and Suction Gas-Producer.—Test of a 200-H.P. Deutz Suction Gas-Producer and Engine

279

ГЛАВА I

MOTIVE POWER—COST OF INSTALLATION

Легкость, с которой можно установить газовый двигатель по сравнению с паровой машиной, очевидна. В местах, где можно получить светильный газ и где требуется менее 10–15 лошадиных сил, обычно используется городской газ. Однако улучшения, которые совсем недавно были внесены в конструкцию всасывающих газогенераторов, по-видимому, предвещают их широкое внедрение в ближайшем будущем, даже для очень малых мощностей.

Установка небольших двигателей на городском газе предполагает лишь выполнение необходимых подключений к газовой магистрали и установку двигателя на небольшом основании.

Экономичная паровая машина равной мощности потребовала бы установки котла и его обмуровки, строительства дымовой трубы и других принадлежностей, в то время как сам двигатель потребовал бы прочного основания. Без преувеличения можно утверждать, что установка паровой машины и ее котла требует в пять раз больше времени и труда, чем установка газового двигателя равной мощности, даже не учитывая требований, налагаемых хранением топлива (рис. 1). Небольшие паровые машины, установленные на собственных котлах, или передвижные двигатели, расход которых обычно не является экономичным, здесь не учитываются.

Fig. 1.—30 H.P. Gas-engine and suction gas-producer.

Fig. 1a.—30 H.P. Steam-engine, boiler and smoke-stack.

Что касается стоимости, мы обнаруживаем, что паровая машина мощностью от 15 до 20 лошадиных сил, работающая при давлении 90 фунтов и имеющая скорость 60 оборотов в минуту, будет стоить примерно на 16 2/3 процента дороже, чем 15-сильный газовый двигатель с его антипульсаторами и другими принадлежностями. Фундамент паровой машины также будет стоить примерно на 16 2/3 процента дороже, чем фундамент газового двигателя. Кроме того, установка паровой машины означала бы покупку трубопроводов, котла на 100 фунтов давления и огнеупорного кирпича, а также возведение дымовой трубы высотой не менее 65 футов. Помимо небольших земляных работ для основания двигателя и необходимых трубопроводов, газовый двигатель не налагает никаких дополнительных обременений. Можно с уверенностью принять, что паровая машина указанной мощности будет стоить примерно на 45 процентов дороже, чем газовый двигатель соответствующей мощности.

Стоимость эксплуатации паровой машины мощностью от 15 до 20 лошадиных сил также значительно выше, чем стоимость эксплуатации газового двигателя того же размера. Учитывая расход топлива, стоимость используемого смазочного масла, проценты на вложенный капитал, стоимость технического обслуживания и ремонта, а также зарплату инженера, можно обнаружить, что эксплуатация паровой машины дороже примерно на 23 процента.

Это экономическое преимущество газа перед паровой машиной сохраняется и для более высокой мощности и становится еще более заметным при использовании генераторного газа вместо городского. Сравнивая, например, паровую машину мощностью 50 лошадиных сил с давлением 90 фунтов и скоростью 60 оборотов в минуту с 50-сильным двигателем на генераторном газе и учитывая в случае паровой машины стоимость котла подходящего размера, фундамента, огнеупорного кирпича, дымовой трубы и т. д., а в случае газового двигателя — стоимость генератора, фундамента и тому подобного, можно обнаружить, что установка паровой машины влечет за собой расходы на 15 процентов большие, чем в случае двигателя на генераторном газе. Однако стоимость эксплуатации и обслуживания паровой машины мощностью 50 лошадиных сил будет на 40 процентов выше, чем эксплуатация и обслуживание двигателя на генераторном газе.

Из вышесказанного следует, что в диапазоне от 15–20 до 500 лошадиных сил двигатель, работающий на генераторном газе, имеет значительное преимущество перед паровой машиной по первоначальной стоимости и обслуживанию. Для развития мощности более 500 лошадиных сил использование компаунд-машин с конденсацией и двигателей, работающих на перегретом паре, значительно снижает расход, и разница в стоимости эксплуатации паровой машины и газового двигателя не столь заметна. Тем не менее, в современном состоянии техники установки на перегретом паре влекут за собой значительные расходы на их обслуживание и ремонт, тем самым уменьшая их практические преимущества и делая их использование довольно обременительным.

FOOTNOTES:

Недавние улучшения, внесенные во всасывающие газогенераторы, вероятно, приведут к широкому внедрению двигателей на генераторном газе даже для малой мощности.

ГЛАВА II

THE SELECTION OF AN ENGINE

Двигатели внутреннего сгорания бывают многих типов. Здесь будут в основном рассматриваться газовые двигатели четырехтактного типа, такие как те, что используются в промышленности.

Цикл Отто. — Термин «четырехтактный» двигатель, или двигатель Отто, берет свое начало от способа работы двигателя. Полный цикл состоит из четырех различных периодов, которые схематично воспроизведены на прилагаемых чертежах.

Первый период. — Всасывание: Поршень движется вперед, создавая вакуум в цилиндре и одновременно втягивая определенное количество воздуха и газа (рис. 2).

Fig. 2.—First cycle: Suction.

Второй период. — Сжатие: Поршень возвращается в исходное положение. Все впускные и выпускные клапаны закрыты (рис. 3). Смесь, втянутая во время первого периода, сжимается.

Третий период. — Взрыв и расширение: Когда поршень достигает конца своего обратного хода, сжатая смесь воспламеняется. Взрыв происходит в мертвой точке. Расширение газа толкает поршень вперед (рис. 4).

Fig. 3.—Second cycle: Compression.

Fig. 4.—Third cycle: Explosion and expansion.

Четвертый период. — Выпуск: Поршень возвращается во второй раз. Выпускной клапан открывается, и продукты сгорания удаляются (рис. 5).

Fig. 5.—Fourth cycle: Exhaust.

Эти различные циклы следуют один за другим, проходя через одни и те же фазы в одном и том же порядке.

Клапанный механизм. — Следует отметить, что в современных двигателях используются клапаны, которые лучше приспособлены к особенностям двигателей внутреннего сгорания, чем старые золотники, использовавшиеся при первом появлении двигателя Отто. Золотник теперь можно считать устаревшим распределительным устройством, с помощью которого невозможно получить низкий расход.

В старых газовых двигателях использовались довольно низкие степени сжатия. Следовательно, получалась очень низкая взрывная мощность газовой смеси и низкие температуры. Золотники удерживались на своих седлах давлением внешних пружин и обильно смазывались. В этих условиях они работали регулярно. В наши дни необходимость использования действительно экономичных газовых двигателей привела к использованию высоких степеней сжатия, в результате чего получаются мощные взрывы и высокие температуры. В этих условиях золотники работали бы плохо. Они не были бы достаточно плотными. Смазывать их было бы трудно и неэффективно. Кроме того, на практике широко используются крупные двигатели, и у этих моторов сопротивление трения больших золотников, движущихся по обширным поверхностям, было бы значительным и заметно уменьшило бы количество совершаемой полезной работы.

Fig. 6.—Modern valve mechanism.

Из-за своего специфического принципа работы золотник является нежелательным, так как газы дросселируются во время их впуска и выпуска. В результате этих недостатков происходят потери заряда и возникают нежелательные противодавления. Необходимость использования элементов, простых в работе и свободных от упомянутых недостатков, естественно привела к принятию современного клапана. Этот клапан используется как для всасывания газа и воздуха, так и для выпуска, в результате чего любая из этих двух существенных фаз в работе двигателя может независимо контролироваться. Клапаны обладают следующими преимуществами: их плотность увеличивается с ростом давления, так как они всегда открываются внутрь цилиндра (рис. 6). У них нет трущихся поверхностей, и поэтому их не нужно смазывать. Их открытие контролируется рычагами, снабженными быстродействующими кулачками; а закрытие осуществляется витыми пружинами, почти мгновенными в своем действии (рис. 7). Каждый клапан, в зависимости от цели, для которой он используется, может быть установлен в той части цилиндра, которая лучше всего подходит для его конкретной функции. Типов клапанных двигателей, используемых в настоящее время, много и они разнообразны. Для достижения экономичности потребления и регулярности работы они должны отвечать определенным существенным требованиям, которые будут рассмотрены здесь.

Помимо правильного выбора площадей сечений и обеспечения подходящего средства управления, необходимо, чтобы клапаны были легкодоступны. Действительно, клапаны должны регулярно осматриваться, очищаться и притираться. Отсюда следует, что должна быть возможность легко и быстро их разбирать.

Fig. 7.—Controlling mechanism of valve.

Необходимо, чтобы выпускной клапан хорошо охлаждался; в противном случае клапан, подвергающийся воздействию высоких температур, выйдет из строя и может вызвать утечку. Поэтому водяная рубашка должна окружать седло выпускного клапана, при этом следует позаботиться о том, чтобы охлаждающая вода подавалась как можно ближе к нему (рис. 8). Двигатель должен управлять впускным клапаном воздуха или газовой смеси. Следовательно, эти клапаны не должны приводиться в действие просто пружинами, потому что пружины склонны перемещаться под влиянием вакуума, создаваемого всасыванием.

Fig. 8.—Water-jacketed valve.

Смесь газа и воздуха не должна поступать в цилиндр при слишком низком давлении; в противном случае вес поступившей смеси будет ниже, чем должен быть, поскольку в этих условиях клапан будет открываться слишком поздно и закрываться преждевременно. Как в начале, так и в конце своего хода линейная скорость поршня совершенно недостаточна для создания вакуума, достаточного для преодоления сопротивления пружины. Поэтому обычно практикуется раздельное управление открытием или закрытием того или иного клапана (газового или смесительного). Следовательно, эти клапаны должны приводиться в действие независимо друг от друга. В наши дни они почти исключительно управляются механически — метод, который пропагандируется известными конструкторами, в частности, для промышленных двигателей. Клапаны, которые не приводятся в действие таким образом (свободные клапаны), имеют лишь преимущество простоты работы. Тем не менее, это устройство все еще встречается в некоторых нефтяных и бензиновых двигателях, особенно в автомобильных моторах. В этих двигателях необходимо распылять жидкое топливо с помощью всасываемого воздуха, чтобы получить взрывоопасную газовую смесь.

Зажигание. — В развитии газового двигателя калильная трубка и электрическая искра заняли место устаревшего открытого пламени. Последний упомянутый способ взрыва газовой смеси, следовательно, обсуждаться не будет.

Горячая трубка из фарфора или металла обладает неоспоримым достоинством регулярности работы. Методов, с помощью которых эта работа делается максимально совершенной, много. Поскольку надежность зажигания достигается с помощью трубки, важно правильно выбрать момент зажигания, чтобы оно происходило точно в тот момент, когда поршень находится в мертвой точке. Ранее было сказано, что преждевременное или запоздалое зажигание взрывчатой смеси заметно уменьшает количество полезной работы, совершаемой расширением газа. Если зажигание происходит слишком рано, смесь взорвется до того, как поршень достигнет мертвой точки на своем обратном ходе. В результате поршень должен преодолеть значительное сопротивление из-за преждевременного взрыва и последующего давления. Кроме того, из-за высокой температуры взрыва газообразные продукты очень быстро охлаждаются. Это быстрое охлаждение вызывает внезапное падение давления; и поскольку между моментом взрыва и моментом, когда поршень начинает свой рабочий ход, проходит определенный интервал, полезное движущее усилие тем больше уменьшается, чем более преждевременным является зажигание.

Калильные трубки. — На рис. 9 и 10 проиллюстрированы две наиболее часто используемые системы. В этих двух устройствах, в которых не используется клапан, длина или высота, на которую трубка нагревается внешним пламенем, регулируется таким образом, что газовая смесь, которая была нагнетана в трубку после сжатия, достигает зоны накаливания как можно ближе к точному моменту, когда должны произойти зажигание и взрыв. Однако температура пламени горелки, богатство газовой смеси и другие обстоятельства оказывают заметное влияние на время зажигания, так что смесь никогда не воспламеняется в точно упомянутый момент.

Figs. 9-10.—Valveless hot tubes.

Эти соображения приводят к выводу, что двигатели, в которых смесь взрывается с помощью горячих трубок, снабженных клапаном зажигания, предпочтительнее бесклапанных трубок. Благодаря использованию специального клапана, принудительно управляемого самим двигателем, шансы на несвоевременное зажигание уменьшаются, поскольку необходимо просто отрегулировать температуру и положение трубки, чтобы зажигание надежно осуществлялось сразу после открытия клапана, в самый момент, когда цилиндровые газы вступают в контакт с раскаленной частью трубки (рис. 11). Многие производители, однако, не используют клапан зажигания на двигателях мощностью менее 15–20 лошадиных сил, главным образом из-за более дешевой конструкции. Общий расход имеет меньшее значение в двигателе малой, чем большой мощности, и потери из-за отсутствия клапана зажигания не столь заметны. В двигателе большой мощности преждевременный взрыв может стать причиной поломки жизненно важной детали, такой как шатун или коленчатый вал. По этой причине клапан необходим для двигателей мощностью более 20–25 лошадиных сил. Поломка такого рода менее опасна в небольшом двигателе, где детали сравнительно прочные. Расход газа хорошо спроектированной горелки не превышает от 3,5 до 5 кубических футов в час.

Fig. 11.—Ignition-tube with valve.

Электрическое зажигание. — Электрическое зажигание состоит в создании искры в камере взрыва двигателя. Точность, с которой оно может контролироваться, дает ему неоспоримое преимущество перед горячей трубкой. Но было высказано возражение, возможно, с некоторой силой, что оно влечет за собой определенные сложности при установке двигателя. Его противники даже утверждают, что мощность и скорость дефлаграции взрывчатой смеси выше при зажигании от горячей трубки. Эта причина, возможно, заставила систему горячей трубки преобладать в Англии, где производителей газовых двигателей очень много и они не испытывают недостатка в опыте.

Электрическое зажигание в газовых двигателях осуществляется с помощью батареи и катушки зажигания или с помощью небольшой магнето-машины, которая механически создает искру разрыва тока.

Fig. 12.—Electric ignition by spark-coil and battery.

Fig. 13.—Spark-plug.

Электрическое зажигание от батареи и индукционной катушки. — Первая система дешевле; но она требует самого тщательного ухода для поддержания деталей в надлежащем рабочем состоянии. Она включает три существенных элемента — батарею, катушку и свечу зажигания (рис. 12). Батарея может быть аккумуляторной, которую, следовательно, необходимо время от времени перезаряжать; или это может быть первичная батарея, которую необходимо часто обновлять и тщательно очищать. Индукционная катушка снабжена вибратором или прерывателем, который легко выходит из строя и который должен регулироваться с большой точностью. Свеча зажигания — это особенно деликатная деталь, подверженная многим возможным авариям. Фарфор, из которого она сделана, склонен к растрескиванию. Трудно получить абсолютно идеальную изоляцию; так как клеммы портятся по мере их перегрева, ломаются или загрязняются (рис. 13). В нефтяных двигателях, особенно, сажа быстро оседает на клеммах, так что искра не может быть произведена. В бензиновых или нафтовых моторах такая авария менее вероятна. В автомобильных моторах, однако, свеча зажигания слишком часто не выполняет свою функцию. Единственное средство от этих зол можно найти в самом тщательном уходе за свечой зажигания и другими элементами системы зажигания.

Fig. 14.—Magneto ignition apparatus.

Fig. 15.—General view and details of a magneto ignition apparatus.

Зажигание от магнето. — Аппараты магнето, с другой стороны, примечательны регулярностью своей работы. Их можно использовать в течение нескольких лет без перемагничивания, и они не требуют исключительного ухода. Устройства зажигания от магнето приводятся в действие механически, необходимое смещение катушки осуществляется с помощью кулачка, установленного на валу, вращающемся с половинной скоростью двигателя (рис. 14 и 15). В момент, когда она освобождается кулачком, катушка внезапно возвращается в исходное положение с помощью пружины. Это быстрое движение генерирует ток, который проходит через клеммы, расположенные внутри цилиндра и которые немедленно разделяются механическими средствами. Таким образом, создается гораздо более горячая искра разрыва цепи, которая намного энергичнее, чем у батареи и индукционной катушки, и которая надежно воспламеняет газовую смесь в цилиндре. Клеммы обычно стальные, иногда с наконечниками из никеля или платины (рис. 16). Единственная мера предосторожности, которую следует соблюдать, — это исключение влаги и периодическая очистка. Для двигателей, работающих на генераторном газе, магнето-зажигатели предпочтительнее элементов и батарей. В целом, электрическое зажигание рекомендуется для двигателей высокого давления.

Fig. 16.—Contacts of a magneto-igniter.

Fig. 17.—Device for regulating the moment of ignition.

Чтобы более ясно объяснить современные методы зажигания, представлена диаграмма, показывающая электрический магнето-зажигатель, примененный к головке цилиндра двигателя Винтертур, а также сечение элемента, изменяющего контакты размыкания, которые установлены в камере взрыва (рис. 18 и 19).

1. Магнето А состоит из подковообразных магнитов, между полюсами которых вращается якорь. На своем конически выточенном конце вал якоря несет рычаг B, удерживаемый на месте гайкой.

Fig. 18.—Winterthur electric ignition system.

2. Зажигатель C представляет собой отливку, закрепленную на головке цилиндра подвижным хомутом и снабженную двумя осями D и M, из которых одна, D, сделанная из бронзы, является подвижной и снабжена небольшим внутренним контактным молоточком, ударным рычагом и внешней возвратной пружиной; другая, M, является неподвижной, изолированной и приспособленной для приема тока от магнето A с помощью изолированного медного провода E.

3. Пружина F состоит из двух непрерывных витков, содержащихся в латунном корпусе и приводящих в действие стальной ударный или перкуссионный штифт.

4. Управляющие устройства магнето включают стержень или шток G, скользящий в направляющей H, снабженный предохранительной пружиной и установленный на эксцентриковом шпинделе, положение которого можно изменять с помощью регулировочного рычага (I). Стержень приводится в действие от распределительного вала, на коническом конце которого закреплен кулачок J, несущий шпиндель.

Fig. 19.—Contacts of the Winterthur system.

Регулировка магнето. — Положение, занимаемое якорем в состоянии покоя, имеет значение для получения хорошей искры при разрыве цепи. Следует отметить метки на якоре. Положение якоря можно экспериментально изменять, чтобы получить искру максимальной интенсивности, изменяя положение рычага B на валу якоря.

Управление магнето. — Управляющий механизм должен позволять якорю совершать колебания от 20 до 25 градусов. Время, в которое осуществляется разрыв цепи, можно регулировать, сдвигая рукоятку (I). При запуске двигателя цепь можно размыкать с небольшим замедлением, которое уменьшается по мере того, как двигатель достигает своей нормальной скорости.

Зажигатель. — Желательно, чтобы был зазор 1/2 мм (0,0196 дюйма) между рычагом Z в состоянии покоя и ударным штифтом. Ось D устройства разрыва цепи должна быть легко подвижной; и молоточек, который она несет на своем конце по направлению к внутренней части цилиндра, должен находиться в идеальном контакте с неподвижным шпинделем M, который электрически изолирован. Этот шпиндель M должен быть хорошо закрыт, чтобы предотвратить любую утечку, которая могла бы вызвать порчу изоляционного материала.

Тема зажигания имеет такое чрезвычайное значение, что автор будет время от времени возвращаться к ней в различных главах этой книги. Нельзя переоценить важность правильного выбора момента зажигания; в противном случае произойдет ненужная трата мощности. Чистота — это момент, который должен соблюдаться скрупулезно; так как свечи зажигания склонны загрязняться слишком легко, в результате чего могут возникать короткие замыкания и пропуски зажигания. В двигателях на нефти и летучих углеводородах склонность к загрязнению особенно заметна. В главе, посвященной этим типам двигателей, автор остановился на мерах предосторожности, которые следует предпринять, чтобы предотвратить возможную поломку аппаратуры зажигания. Как общее правило, аппаратура зажигания, установленная заслуживающими доверия производителями, окажется наиболее подходящей для требований двигателя.

Аппарат должен быть снабжен устройством, с помощью которого зажигание может быть должным образом отрегулировано вручную во время работы (рис. 17).

Fig. 20.—Design of the piston.

Поршень. — Попадая постоянно в контакт с воспламененными газами, поршень постепенно нагревается до высокой температуры. Задняя поверхность поршня предпочтительно должна быть плоской. Изогнутые поверхности не рекомендуются, потому что они плохо охлаждаются. Точно так же следует избегать поверхностей, имеющих либо вставные детали, либо головки болтов, поскольку они склонны раскаляться докрасна и преждевременно воспламенять смесь (рис. 20).

Fig. 21.—Piston with lubricated pin.

Среди деталей поршня, которые быстро изнашиваются, потому что постоянная смазка затруднена, находится соединение с поршневым штоком (рис. 21). Важно, чтобы подшипник на поршневом пальце состоял из двух частей, которые можно регулировать для компенсации износа. Сам палец должен быть из цементированной стали. Для крупных двигателей некоторые производители, по-видимому, отказались от практики фиксации пальца установочными винтами во фланцах, отлитых как одно целое с поршнем. Действительно, поршень часто ломается из-за расширения пальцев, удерживаемых таким образом с двух сторон. Кажется целесообразным закрепить палец с помощью одного винта в одном из фланцев, подогнав его давлением к противоположному выступу. Следует избегать использования клиньев или зажимных винтов, вводимых снаружи поршня для удержания пальца. Может случиться так, что клинья ослабнут, выйдут наружу и будут царапать цилиндр, вызывая повреждения, которые нельзя обнаружить, пока не станет слишком поздно. Прочность поршневого пальца должна быть рассчитана так, чтобы давление на квадратный дюйм проекционной поверхности не превышало 1500–2850 фунтов на квадратный дюйм. Следует иметь в виду, что начальное давление взрыва часто равно 400–425 фунтам на квадратный дюйм. Некоторые производители устанавливают палец как можно дальше к задней части поршня, чтобы приблизить его к точке приложения движущей силы взрыва. Другие производители, с другой стороны, устанавливают палец ближе к передней части поршня. Против обоих методов нельзя выдвинуть серьезных возражений. В первом случае положение колец будет ограничивать положение пальца.

Количество этих колец должно быть не менее четырех или пяти, расположенных в задней части поршня. Следует отметить, что производители хороших двигателей используют до 8–10 колец в поршнях двигателей среднего размера.

Поршневые кольца из серого чугуна могут быть подогнаны с величайшей точностью таким образом, что с помощью язычков, входящих в их канавки, они удерживаются от вращения в последних, благодаря чему их отверстия предотвращаются от совпадения и пропуска газа. Как общее правило, большое количество колец можно считать отличительной чертой хорошо построенного двигателя. Чтобы предотвратить слишком быстрый износ цилиндра, несколько немецких производителей отделывают переднюю часть поршня бронзой или антифрикционным металлом в двигателях мощностью более 40–50 лошадиных сил. Следует отметить, однако, что этот способ не применим к моторам, цилиндры которых сравнительно холодные; в противном случае бронза или антифрикционный металл испортятся.

Устройство цилиндра. — Гильза или втулка цилиндра, в которой движется поршень, и водяная рубашка предпочтительно должны быть изготовлены из отдельных частей, а не отлиты из одного и того же металла, чтобы позволить свободное расширение (рис. 22 и 23). Если из-за отсутствия ухода или надлежащей смазки, что часто случается в газовых двигателях, цилиндр будет поврежден царапинами, его можно легко заменить без потери всех соединительных деталей.

Fig. 22.—Head, jacket and liner of cylinder, cast in one piece.

Fig. 23.—Cylinder with independent liner and head.

По той же причине цилиндр и его корпус должны быть независимы от рамы. Во многих горизонтальных двигателях цилиндры нависают над рамой по всей длине из-за соединения их передних частей с рамами. Хотя такая конструкция не влечет за собой серьезных последствий в небольших двигателях, тем не менее в крупных двигателях она чрезвычайно вредна. Действительно, в большинстве современных двигателей простого действия поршни напрямую соединены с коленчатым валом поршневым штоком, без какого-либо промежуточного шатуна или крейцкопфа. Вертикальная реакция движущего усилия на поршень, следовательно, полностью воспринимается упором цилиндра, который также является вертикальным (рис. 24). Этот упор, действующий против неподдерживаемой части, может вызвать трещины; во всяком случае, он влечет за собой быстрый износ соединения цилиндра.

Fig. 24.—Single-acting engines.

Fig. 25.—Engine with inclined bearings.

Рама. — Газовые двигатели, работающие, как они работают, от взрывов, вызывающих толчки и удары, должны строиться с рамами тяжелыми, прочными и широкооснованными, чтобы твердо стоять на земле. Это существенное условие часто выполняется ценой внешнего вида двигателя; но внешним видом охотно пожертвуют, чтобы удовлетворить одно из требований идеальной работы. Для двигателей мощностью более 8–10 лошадиных сил следует использовать рамы, которые можно закрепить на фундаменте из каменной кладки без отдельного пьедестала или основания. Некоторые производители, с целью облегчения рамы, придают мало значения фундаменту и прочности конструкции и используют конструкцию, показанную вместо подшипника коленчатого вала (рис. 25); другие, чтобы облегчить регулировку подшипников шатуна, предпочитают вторую форму (рис. 26). Очевидно, что в первом случае часть усилия, создаваемого взрывом, реагирует на верхнюю часть подшипника шатуна, на крышку подшипника коленчатого вала и, следовательно, на крепежные болты. Во втором случае, если регулировка не будет выполнена очень тщательно или если трущиеся поверхности недостаточны, весь упор, вызванный взрывом, будет воспринят соприкасающимися частями двух втулок, тем самым повреждая их и вызывая более быстрый износ. При строительстве крупных двигателей некоторые производители принимают меры предосторожности, формируя подшипники шатуна из четырех частей, регулируемых для компенсации износа, так что усилие оказывается против частей, расположенных под прямым углом друг к другу. Форма, которая кажется рациональной, — это та, что показана на рис. 27, в которой реакция упора воспринимается нижним подшипником, жестко поддерживаемым рамой с распорками, в направлении, противоположном направлению взрывного усилия.

Fig. 26.—Engine with straight bearings.

Fig. 27.—Engine with correctly designed bearings.

Сумма проекционных поверхностей двух подшипников должна быть рассчитана так, чтобы максимальное давление взрыва 405–425 фунтов на квадратный дюйм не подвергало подшипники давлению выше 425–550 фунтов на квадратный дюйм.

Маховики. — В газовых двигателях, в частности, маховик должен быть закреплен на коленчатом валу с величайшей тщательностью. Он должен быть установлен как можно ближе к подшипникам; в противном случае центровка вала будет нарушена, а его прочность ослаблена. Если маховик закреплен с помощью шпонки или клина, имеющего выступающую головку, рекомендуется закрыть конец вала подвижной втулкой. Маховик должен вращаться абсолютно точно и ровно, даже если взрыв будет преждевременным. В хорошо построенных двигателях маховики выверены и обточены по ободу. Периферия слегка закруглена, чтобы лучше направлять ремень при его наложении на колесо.

Fig. 28.—Single fly-wheel engine with external bearing.

Более того, маховики должны быть точно сбалансированы; предпочтительнее те, у которых нет противовесов, отлитых или прикрепленных к ступице, спицам или ободу. Система балансировки двигателя с помощью двух маховиков, установленных на противоположных сторонах, используется главным образом для выравнивания эффектов инерции. Специальные двигатели, используемые для привода динамо-машин, и даже промышленные двигатели большой мощности предпочтительно оснащаются только одним маховиком с внешним подшипником, поскольку они легче противодействуют циклическим неровностям или изменениям скорости, происходящим за один оборот (рис. 28). Если в этом случае предусмотрен шкив, он должен быть установлен между двигателем и внешним подшипником. Следующие преимущества могут быть приведены в пользу одного маховика, особенно в случае двигателей для привода динамо-машин:

1. Один маховик обеспечивает более легкий доступ к деталям, подлежащим осмотру.

2. Он предполагает использование третьего подшипника, тем самым избегая свеса, вызванного двумя обычными маховиками.

3. Он позволяет избежать торсионного напряжения, которому подвергается двухколесный кривошип при запуске, остановке и изменении нагрузки, при этом периферийное сопротивление варьируется в одном из маховиков, в то время как другой подвергается напряжению в противоположном направлении из-за инерции.

4. Два маховика, будучи закрепленными на выступающих концах вала, будут настолько подвержены воздействию взрывов на ободах, что ремни будут трястись.

Третий подшипник, который характеризует систему с одним маховиком, является лишь независимой опорой, твердо стоящей на каменном основании двигателя. Подшипник с его независимой опорой достаточно жесткий и не подвергается никакому напряжению от кривошипа в момент взрыва, реакция кривошипа затрагивает только подшипники рамы. С такими маховиками авторитетные фирмы гарантируют циклическую регулярность, которая выгодно отличается от регулярности лучших паровых машин. Для нагрузки, варьирующейся от трети до максимальной, эти двигатели, при приводе динамо-машин постоянного тока для непосредственного питания цепи электрического освещения, обеспечат идеальную устойчивость света; и эффективно апериодические измерительные приборы не покажут колебаний, превышающих 2–3 процента напряжения или интенсивности тока. Коэффициент изменений скорости за один оборот будет, таким образом, недалеко от 1/60.

Fig. 29.—Curved spoke fly-wheel.

Маховики с прямыми и изогнутыми спицами. — Спицы маховиков бывают либо прямыми, либо изогнутыми. При сборке деталей мотора слишком часто случается, что маховики с изогнутыми спицами устанавливаются с полным игнорированием направления, в котором они должны вращаться. Важно, чтобы изогнутые спицы подвергались сжатию, а не растяжению. Следовательно, маховики должны быть установлены так, чтобы вогнутые части спиц двигались в направлении вращения, как показано на прилагаемой диаграмме (рис. 29). Если один маховик используется на двигателе типа, в котором скорость регулируется системой «работа-пропуск», маховик должен быть сверхтяжелым, чтобы противодействовать неровностям движущих импульсов, когда двигатель не работает на полную мощность, или, другими словами, когда взрыв не происходит при каждом цикле.

Fig. 30.—Forged crank-shafts.

Коленчатый вал. — Коленчатый вал должен быть изготовлен из лучшей мягкой стали. Предпочтительны те валы, кривошипы которых не прикованы (рис. 30), а вырезаны из массы металла; кроме того, кронштейны или опоры должны быть строгаными и сформированными так, чтобы они были квадратными в поперечном сечении.

Fig. 31.—Correct design of crank-shaft.

Такая конструкция предполагает тонкую работу и говорит в пользу конструкции всего двигателя. Более того, она позволяет сблизить подшипники, сводит к минимуму ту часть коленчатого вала, которую можно считать самой слабой, и позволяет рационально и точно уравновесить движущиеся части, такие как кривошип и конец шатуна. Лучшие производители приняли метод крепления к кривошипам балансировочных грузов, закрепленных на кронштейнах, особенно для высокоскоростных двигателей или двигателей большой мощности. Проекционная поверхность кривошипного пальца должна, как правило, рассчитываться на давление 1400 фунтов на квадратный дюйм.

Fig. 32.—Crank-shaft with balancing weight.

Кулачки, ролики и т. д. — Кулачки, ролики, упорные подшипники, а также поршневой палец в частности, должны быть изготовлены из хорошей стали, цементированной на глубину не менее 0,08 дюйма. Их твердость и степень цементации можно проверить с помощью напильника. Это метод, которому следуют лучшие производители.

Подшипники. — Все подшипники и все направляющие должны быть регулируемыми для компенсации износа. Они обычно изготавливаются из бронзы или лучшего антифрикционного металла.

Устойчивость. — Устойчивость двигателей можно рассматривать с двух разных точек зрения.

Fig. 33.—Inertia governor.

1. Изменение числа оборотов при различных нагрузках. — Это зависит главным образом от чувствительности регулятора, который должен быть «инерционного» или «шарового» (или центробежного) типа. Первая форма редко используется, за исключением небольших двигателей мощностью до 10 лошадиных сил, и применима только к двигателям, в которых используется система «работа-пропуск» (рис. 33). Вторая форма используется более широко и применима к двигателям, имеющим устройства «работа-пропуск» или переменного впуска. В первой форме регулятор просто перемещает очень легкий элемент, независимо от размера двигателя, по какой причине размеры очень малы. Во второй форме, с другой стороны, регулятор действует либо на коническую втулку, либо на какой-то другой регулирующий элемент, оказывающий сопротивление. Очевидно, чтобы преодолеть реакции, которым он подвергается, он должен быть таким же тяжелым и мощным, как регулятор паровой машины. В хорошем двигателе предусмотрен достаточный допуск на изменение числа оборотов между отсутствием нагрузки и полной нагрузкой, не более двух процентов, если впуск типа «работа-пропуск», и пять процентов, если он переменного типа.

2. Циклическая регулярность. — Этот термин означает просто то, что скорость двигателя постоянна за один оборот. На практике это никогда не достигается. В двигателях, используемых для привода динамо-машин постоянного тока, допускается изменение около 1/60; в то время как в промышленных двигателях допустимо изменение 1/25. Циклическое изменение зависит только от веса маховика; тогда как изменение числа оборотов определяется главным образом регулятором.

Регуляторы. — Здесь представлены диаграммы основных типов регуляторов — инерционного регулятора, шарового или центробежного регулятора, управляющего впускным клапаном типа «работа-пропуск» (рис. 34), и шарового или центробежного регулятора, управляющего клапаном переменного впуска газа (рис. 35).

Различая работу двух последних упомянутых типов, можно сказать, что первый относится к механизму «работа-пропуск» так же, как, например, к клапанному механизму паровой машины Корлисса. Другими словами, это аппарат, который указывает, без побуждения, впуск или отсечку. Второй тип, с другой стороны, работает с помощью золотников и тому подобного, как в двигателе типа Риддера, в котором он управляет смещением отсечного или распределительного золотника и подвергается переменным силам, зависящим от давления, смазки, состояния сальников и тому подобного.

Как в газовых, так и в паровых двигателях следует рекомендовать конструкции, которые защищают деликатный механизм от напряжений и нагрузок, которые могут разрушить его чувствительность, как это имеет место в автоматической отсечке паровой машины Корлисса.

Fig. 34.—"Hit-and-miss" governor.

Регуляторы должны быть снабжены средствами, позволяющими вручную изменять скорость во время работы двигателя.

Для небольших моторов одним из наиболее широко используемых впускных устройств является устройство типа «работа-пропуск». Как следует из названия, это впускное устройство позволяет определенному количеству газа поступать в цилиндр в течение ряда последовательных интервалов, пока двигатель не собирается превысить свою нормальную скорость. После этого регулятор полностью отсекает газ. Результат заключается в том, что в этой системе количество впусков является переменным, но каждый поступивший заряд состоит из постоянной пропорции газа и воздуха.

Регуляторы, используемые для типа «работа-пропуск», являются либо «инерционными», либо «центробежными» регуляторами.

Инерционные регуляторы (рис. 33) менее чувствительны, чем регуляторы центробежного типа. Они обычно применяются только к промышленным двигателям малой мощности, в которых регулярность работы является второстепенным соображением.

Центробежные регуляторы, используемые для газовых двигателей с регулированием «работа-пропуск», как общее правило, примечательны своим малым размером, что объясняется тем фактом, что в большинстве систем между средствами управления впуском и штоком клапана помещается просто подвижный элемент (рис. 34). Из этого следует, что этот метод работы избавляет регулятор от необходимости преодолевать сопротивление веса движущихся частей, более или менее эффективно смазываемых и подверженных реакции частей, которыми они управляют.

В двигателях, оснащенных устройствами переменного впуска для газа или взрывчатой смеси, регулятор приводит в действие втулку, на которой закреплен впускной кулачок (рис. 35). Или регулятор может смещать конический кулачок, реакция которого при контакте с рычагом разрушает стабильность регулятора. Эти условия оправдывают использование мощных регуляторов, которые из-за инерции своих частей уменьшают встречные реактивные силы.

Центробежный регулятор должен быть достаточно эффективным, чтобы предотвратить изменения числа оборотов в пределах 2–3 процентов между отсутствием нагрузки и приблизительно полной нагрузкой. В эквивалентных условиях на инерционный регулятор вряд ли можно положиться для получения коэффициента регулярности выше 4–5 процентов.

Fig. 35.—Variable admission governor.

Способ работы регулятора обязательно зависит от принятой системы впуска. А система впуска существенно варьируется в зависимости от размера, назначения двигателя и характера используемого топлива.

Fig. 36.—Vertical engine.

Fig. 37.—Section through an engine of the vertical or "steam-hammer" type.

Вертикальные двигатели. — В течение нескольких последних лет в Европе, по-видимому, наблюдается тенденция использовать горизонтальные, а не вертикальные двигатели, особенно с тех пор, как двигатели мощностью более 10 или 15 лошадиных сил стали широко использоваться в промышленных целях. Вертикальный тип используется для двигателей мощностью от 1 до 8 лошадиных сил, с цилиндром в нижней части рамы и валом с маховиком в верхней части (рис. 36). Единственное достоинство, которое можно приписать этому устройству, — это большая экономия места. Очевидно, однако, что сверх определенного размера и мощности такие двигатели нестабильны. В Америке, в частности, многие производители двигателей большой мощности (50–100 лошадиных сил и более) предпочитают вертикальное или «паромолотное» расположение, которое заключается в размещении цилиндра в верхней части, а вала — в нижней части рамы как можно ближе к земле (рис. 37 и 38). Проблема экономии места, а также обеспечения устойчивости таким образом решена, так что легко можно увеличить скорость двигателя. Есть также преимущество в том, что вал динамо-машины может быть напрямую соединен с коленчатым валом двигателя, тем самым обходясь без ремня, который, по меньшей мере, поглощает 4–6 процентов общей мощности. Тем не менее, следует иметь в виду, что прямое соединение электрических генераторов с валами двигателей подразумевает использование чрезвычайно больших и, следовательно, чрезвычайно дорогих динамо-машин. Более того, благодаря этому устройству группы электрогенераторов могут быть расположены на сравнительно небольшой площади. Некоторые английские производители также начинают применять двигатель «паромолотного» типа для больших мощностей, результатом чего является заметная экономия материала и снижение стоимости установки.

Fig. 38.—Side and end elevations of a vertical or "steam-hammer" engine.

Мощность двигателя.— Первое, что следует принять во внимание, это то, что мощность газового двигателя в договорах купли-продажи всегда указывается в «эффективных» лошадиных силах, тогда как мощность парового двигателя — в «индикаторных» лошадиных силах. В Англии и Соединенных Штатах до сих пор используется выражение «номинальная» лошадиная сила. Целесообразно дать точное определение этим различным терминам, поскольку недобросовестные продавцы, к ущербу для покупателя, внесли большую путаницу в их понимание.

«Индикаторная» лошадиная сила — это обозначение, применяемое к теоретической мощности, развиваемой под действием рабочего тела на поршень. Совершенная работа измеряется с помощью индикаторной диаграммы, посредством которой определяется среднее давление, учитываемое при расчете теоретической мощности.

«Эффективная» или тормозная лошадиная сила равна «индикаторной» лошадиной силе за вычетом энергии, поглощаемой пассивным сопротивлением, трением движущихся частей и т. д.

«Эффективная» работа — это экспериментальный термин, применяемый к мощности, фактически развиваемой на валу. Эта работа представляет интерес исключительно для пользователя двигателя.

В хорошо сконструированном двигателе, в котором пассивное сопротивление благодаря правильной регулировке и простоте деталей сведено к минимуму, «эффективная» лошадиная сила составляет около 80–87 процентов от «индикаторной» лошадиной силы при работе двигателя под полной нагрузкой. Этот сниженный выход мощности обычно называют «механическим коэффициентом полезного действия» двигателя.

«Номинальная» лошадиная сила — это произвольный термин в том смысле, в котором он используется в Англии и Америке, где он весьма распространен. Сами производители, по-видимому, не пришли к согласию относительно его абсолютного значения. Однако «номинальная» лошадиная сила эквивалентна величине от 3 до 4 «эффективных» лошадиных сил. Неопределенность, возникающая в результате использования этого термина, должна привести к отказу от него.

При установке двигателя определение его мощности является делом огромной важности, к которому не следует подходить так, как если бы двигатель был паровым или двигателем какого-либо другого типа. Нельзя забывать, что двигатели внутреннего сгорания наиболее эффективны, особенно при полной нагрузке, и что в этих условиях, как правило, целесообразно подчинить пользу наличия резервной мощности экономии, которая вытекает из использования двигателя, работающего при нагрузке, близкой к его максимальной производительности. С другой стороны, пользователь газового двигателя не склонен верить, что оговоренная лошадиная сила двигателя, который ему продают, является наибольшей, которую он способен развить в промышленных условиях. Конкуренция в бизнесе побудила некоторые фирмы продавать свои двигатели для работы в этих условиях. Вероятно, не будет большим преувеличением заявить, что 80 процентов двигателей, проданных без точных договорных спецификаций, не способны поддерживать более получаса ту мощность, которая им приписывается и на которую рассчитывает покупатель. Из этого следует, что мощность, при которой продается двигатель, должна быть как промышленно реализована, так и поддерживаема, если потребуется, в течение целого дня, без проявления двигателем малейших нарушений или сбоев в его бесшумной и регулярной работе. Для достижения этой цели существенно, чтобы энергия, развиваемая двигателем при нормальной или постоянной работе, не превышала 90–95 процентов от максимальной мощности, которую он способен выдать и которую можно назвать его «предельной мощностью». Как общее правило, особенно для установок, в которых мощность колеблется от минимально возможной до двойной, следует уделять столько же внимания потреблению при половинной нагрузке, сколько и при полной; и предпочтение следует отдавать двигателю, который при прочих равных условиях будет работать наиболее экономично при минимальной нагрузке. В этом случае потребление на эффективную лошадиную силу заметно выше. Обычно это потребление больше на 20–30 процентов, чем при полной нагрузке. Это особенно верно для двигателей простого действия, столь широко используемых для мощностей менее 100–150 лошадиных сил.

В некоторых двигателях двойного или тройного действия, по мнению некоторых авторов, уменьшение потребления едва ли будет пропорционально уменьшению мощности, или, во всяком случае, разница между потреблением на эффективную лошадиную силу при полной нагрузке и при пониженной нагрузке будет меньше, чем в других двигателях. Следует заметить, однако, что это утверждение, по-видимому, не подтверждается экспериментами, которые автору доводилось проводить. В некоторой степени эта экономия достигается ценой простоты и, следовательно, ценой двигателя. Во всяком случае, эти двигатели обладают достоинством высокой циклической регулярности, что делает их пригодными для привода динамо-машин электрического освещения; но эта регулярность может быть также достигнута использованием особо тяжелых маховиков, которые внедрили, в частности, английские фирмы.