Gőzgép
Gőzgép (l. a mellékelt három képet),
olyan gép, melyet a vizből fejlesztett gőz feszítő ereje hoz mozgásba s általa a gőzben rendelkezésünkre álló munkát az ipar céljaira hasznosíthatjuk. A G. főbb részeiben egy gondosan kiesztergályozott hengerből áll, melynek belsejében tömören záró korongszerü dugattyu mozog. A henger két végét fedő zárja el a külső térségtől s a dugattyut a henger előtt egyenesben vezetett keresztfejjel a henger fedelében levő tömítő szelencén át kinyuló erős rud kapcsolja össze, melynek átmérője a dugattyu átmérőjének hol az egyik, hol a másik oldalon nyomja s a henger belsejében a fedők között egyenes irányban ide-oda tolja. A dugattyu ezt a mozgást a dugattyurudnál fogva átviszi a keresztfejre, mely a belékapaszkodó hajtórudnál fogva a henger hosszanti tengelyére merőlegesen fektetett főtengelyt egy forgató karral forgómozgásba hozza, mi által a gőznek egyenes irányban működő ereje a főtengelyre ékelt kerék kerületén körben futva ál rendelkezésünkre, honnan szijjal, kötéllel vagy a kerékből kinyuló fogakkal bármely máskép forgatására felhasználhatjuk.
14. ábra Oszcilláló hajó-ikergőzgép.
13. ábra. Hajógőzgépekhez való csöves kondenzátor.
16. ábra. Corliss-gőzgép hengere spencer és Inglis-féle vezérművel. Oldalnézet és keresztmetszet.
6. ábra. Fekvő gőzgép Collmann-féle vezérművel.
17. ábra. Wheelock vezérművü gőzgép hengere.
19. ábra. Álló gőzgép álló kazánnal.
A gőznek mozgató erővé való felhasználásával már Kr. e. 120 évvel Alexandriai Heron tett kisérleteket. Tőle származik a Heron labdája és a Segner-féle kerék elvén müködő Eolipil (l.o.) Leonardo da Vinci szerint már Archimedes tett javaslatot a gőz feszítő erejének felhasználására, hogy vele valamely rövidebb csőből a löveget kilőhessék. 1624-ben Branca készített egy oly gépet, mely, mint az 1. ábra mutatja, egy szilárd edényből kifuvó gőzzel egy lapátos kereket mozgatott, melynek fogaskerék-áttétellel egy kisebb zuzúművet kellett volna mozgatnia. Ezeken kivül még több oly kisérletet is jegyzett fel a történelem, melyekből kitünik, hogy a régiek előtt a jelenlegi G. eleve teljesen ismeretlen volt. Csak Torricellinek a levegő nehézségére vonatkozó felfedezése és Guerike Ottónak a légszivattyuval tett kisérletei után kezdtek a helyes utra térni s Papinnak sikerült oly készüléket készítenie, melynek segítségével a gőzt hijolt tér létesítésére egyszerü módon felhasználhatta.
8. ábra. Woolf-féle gőzgép Collmann vezérművel.
18. ábra. A Sulzer-féle szelepes vezérmű.
10. ábra. Fekvő compound-gőzgép.
2. ábra. Papin gőzgépe.
15. ábra. A Corliss vezérmű vázlatrajza.
1. ábra. Branca gőzgépe.
Papin készülékének szerkezete, mint a 2. ábra mutatja, egy A henger, melynek felső része nyitott s belsejében egy B dugattyu mozog. A dugattyu alá kevés vizet öntött a hengerbe s azt felmelegítés által gőzzé alakította, a gőz fejlődése közben l nehezék B dugattyut lassan felhuzta s legfelső pontjában E zárka megfogta. Amint a tüz eltávolítatott, a gőz kezdett hülni s ujra vizzé sürüsödött s a dugattyu alatt hijolt tér maradt; ennek folytán az E zárka eltávolítása után a külső levegő sulya B dugattyut lenyomta, mely L nehezéket, a T T csigákon áthajló kötéllel maga után vonva, felemelte. Ez a készülék 1690. lett ismertté. 1698. Savery angol bányahivatalnok szabadalmaztatott magának egy más szerkezetü gépet, melynek képe a 3. ábrából látható. Az A gőzkazánban fejlesztett gőz B csövön vizzel megtöltött D edénybe ömlött, honnan a vizet a nyomószelepen át F nyomócsőbe s onnan H tartóba nyomta. Midőn D edény viztartalma kinyomatott, C csapot elzárták, s hogy a gőz gyorsabban kondenzálódjék, I csapon az edényt vizzel locsolták. D edényben igy hijolt tér, vagyis vacuum keletkezett, mely G tartóból a vizet E csövön és b szivószelepen át D edénybe szivta; miután D edény megtelt vizzel. A kazánból ujra gőzt bocsátottak rá s a művelet ujra kezdődött. Ehhez hasonlóan működtek a mai pulzométerek. Papin ezen gépet átalakította, melylyel aztán a Fuldán egy hajót is hajtatott, mit azonban a matrózok, fellázadván, szétvertek. Sokkal használhatóbb volt ezeknél az 1712. készült Newcomen-féle atmoszférás G. (l.4. ábra). A gőz A gőzkazánból B hengerbe ömlött, hol épp ugy, mint Pappin gépében a D dugattyut E F H K himba-szerkezettel K ellensuly felhuzta. Midőn a dugattyu fent volt, C csapot elzárták, minek folytán B hengerben a gőz kondenzálódott s hijolt tér keletkezett, a külső levegő pedig D dugattyut ujra lenyomta. Hogy D dugattyu a levegőt a hengerbe ne eressze, felső lapjára vizet öntöttek, A gép eleinte igen lassan dolgozott, mert a henger belsejében csak lassan kondenzálódhatott a gőz; egy alkalommal azonban észrevették, hogy a gép mozgása meggyorsult, ennek okát kutatva, észrevették, hogy a dugattyu felső lapjára öntött tömítő viz, miután a dugattyu és henger érintkező felületei már kissé megkoptak, a henger belsejébe a gőz közé jut s ezt gyorsan lehüti. Ennek célszerüségét belátva, alkalmazták az L viztartóból B hengerbe vezető P csövet s ettől kezdve C gőzcsap elzárása után megnyitották a P cső vizcsapját s a gőzt vizzel hütötték. Ezzel természetesen a gép gyorsasága emelkedett. A gép most már sokkal többet dolgozott, de még mindig nem volt önállóan működő gép, mert a gőz- és vizcsap nyitogatása és zárogatására még mindig emberi kézre volt szükség. Ez egyhangu könnyü munkát, hogy olcsóbb legyen, egy gyermekkel végeztették, ki hogy magát e munka alól felszabadítsa, miután észrevette, hogy a himba és a csapok mozgása között bizonyos összefüggés van, e csapokat összekapcsolta a himbával, maga pedig leült s nézte a szerkezet működését. Ettől kezdve a G. az emberi kéztől teljesen függetlenné vált s önállóan működött.
7. ábra. A Wolf-féle kéthengeres gőzgép hengereinek vázlata.
3. ábra. Savery gőzgépe.
20. ábra. Háromhengeres gyorsforgásu gőzgép.
5. ábra. Watt-féle alacsonynyomásu gőzgép.
7. ábra. A Wolf-féle kéthengeres gőzgép hengereinek vázlata.
9. ábra. A Compound-gőzgép főbb állásának vázlata.
Igy maradt a G. egészen 1770-ig, mikor is Watt Jakab geniális találmányával hatalmas lendületet adott fejlődésének. 1878. már a gőz expanzióját is értékesítő G.-et készített s 1879. találta fel a forgattyut, melynek segítségével a dugattyu egyenes irányu mozgása körforgásuvá átalakítható. Ez nagy lépéssel hozta előbbre a G.-ek alkalmazhatóságát, mert mig eddig leginkább csak bányavizek szivattyuzására voltak használhatók, ettől kezdve minden más mekanikai munkára lehetett őket használni. 1774. terjesztette az alsóház elé kettős müködésü G.-ének rajzát, melyben a gőz a dugattyunak majd az egyik, majd a másik oldalára ömlött s 1782. adta át a gyakorlat számára. Két évvel később szerkesztette a Watt-féle parallelogrammot, mely a himba és dugattyurud kapcsolására szolgált s ugyanekkor szabadalmaztatta a centrifugál regulátort gőzgépeire is. Watt 1769. egyesült Boultonnal és az ő gyárukból kerültek ki az első G.-ek.
A Watt-féle alacsonynyomásu G. szerkezetét az 5. ábra mutatja. Watt ezen G.-ének mozgatására 1-11/2 atmoszféra nyomásu gőzt használt, ennek köszönheti alacsonynyomásu elnevezését is. H a gőzburkolattal körülvett gőzhenger, melyben Z dugattyu tömören záródva mozog. A gőzelosztást a dugattyunak felső, illetőleg alsó oldalára a következő kormánymű végezte. A henger alsó és felső végén vannak az 1-2. gőzcsatornák, melyek az I osztószekrénybe torkollanak, mely a fojtószeleppel ellátott q csövön át nyeri a gőzt. Az I kamrában mozog a csőszerü A-B osztótolattyu. Ennek végein nyulványok vannak, melyek a gőzbeömlő csatornákat fedik s majd azok felett, majd pedig azok alatt foglalnak helyet. A tolattyut az o főtengelyre ékelt S excenter mozgatja, mely excenternek rácsszerü rudja szögemeltyüvel kapaszkodik z tolattyurudba. Ábránkban a dugattyu éppen fölfelé emelkedőben van s a gőz a kazánból a henger első csatornáján át ömlik a hengerbe, mig a felső csatornán át a fáradt gőz a tolattyukat összekötő csövön keresztül K kondenzátorba ömlik, hol a szabályozható csapon át beömlő viz rögtön lehüti, ugy hogy a dugattyu fölötti hengertérben szivás, vagyis hijolt tér keletkezik s az alulról működő gőz nyomását teljesen érvényesülni engedi. Midőn a dugattyu a henger felső részére ér, a tolattyu a felső gőzbeömlő csatornát nyitja meg a haszongőz számára, az alsót pedig a K kondenzátorral köti össze, ugy hogy a dugattyut most már a gőz felülről nyomja lefelé. Midőn a dugattyu leér, a művelet ujra kezdődik. A kondenzáló edényben összegyült vizet és a gőzzel beömlött levegőt a balancier által mozgatott L légszivattyu távolítja el. Ha ezen szivattyunak dugattyuja lefelé halad, akkor D és E szelepek bezáródnak s a viz és a levegő a digattyu v v1 szelepein át a szivattyuhenger felső részébe ömlik s midőn irányát megváltoztatva, fölfelé emelkedik, a fölötte levő vizet E szelepen kinyomja, a henger alsó részébe pedig a kondenzáló edényből D szelepen ujabb viz és levegőtömeget sziv. Az igy kiemelt viznek egy részét M tápláló szivattyu F csövön a kazánba nyomja. A kondenzátor számára szükséges hideg vizet egy mélyebben fekvő hidegviz-szivattyu nyomja P és G csövön a kondenzáló edényt körülvevő edénybe. A gőzhenger dugattyurudjának s vége s a b u csuklósan egybekapcsolt négyszöggel az u. n. Watt-féle parallelogrammal áll kapcsolatban, mely azt az r pontban ingó rud segélyével egyenes vonalban vezeti. A légszivattyuját pedig a c b, b t u és u r Watt-féle lemnicoid-vezeték vezeti egyenes vonalban. A balancierrud ingó mozgását e x hajtórud o forgattyunál fogva a főtengelyre viszi s azt a lendítőkerékkel együtt körben mozgatja. A lendítőkerék a forgattyut átviszi az u. n. holtpontjain s egyidejüleg kiegyenlíti az expandáló gőz változó nyomásából eredő erőváltozásokat. A G. munkájának szabályozására a N N centrifugál regulátor szolgál, mely a g g csuklóra függesztett h h karokon lévő i i golyókban forgás közben fellépő centrifugális erő által a gőzbeömlőcsőben elhelyezett q fojtószelepet a szükséghez mérten zárja v. nyitja, ugy hogy a tolattyuszekrénybe kevesebb, illetőleg több gőz ömölhet. Ha p. a gép bármi okból gyorsabban kezd forogni, a regulátor forgása is meggyorsul s az i i folyók emelkednek, magukkal viszik m h emeltyü k pontját, m pontja pedig m n rudat jobbra huzva, az n o y emeltyüt ugy mozdítja, hogy annak y vége lefelé jön s a q fojtószelep tengelyének kinyuló végére ékelt emeltyünél fogva q szelepet olyan helyzetbe hozza, hogy az a gőzbeömlő nyilását megszükiti, amint azonban a G. forgása lassulni kezd, a regulátor a fojtószelepet ellenkező értelemben állítja s a gép több gőzt nyerhet.
A Watt-féle G. nagyon kis gőznyomással dolgozott s e miatt nem volt képes a szén melegét elég jól kihasználni; rövid időn eltértek tehát e rendszertől s átmentek az u. n. magasnyomásu G.-ekre. Ezekben a gőz nem 1 1/2, hanem négytől egészen tizenkét légkörnyomásig váltakozva dolgozhat. Ennek haszna főképen abban áll, hogy a gőzképződéshez szükséges melegnek legnagyobb része a viznek gőzzé való átalakulásához szükséges, ha azonban a viz már átalakult gőzzé, akkor annak a gőznek nyomását nehány légkörrel feljebb emelni nagyon kevés melegre van szükség, mig munkaképességében minden egyes légkörnyomással tetemes mennyiséget nyer. A hőelmélet szerint egy kg. viznek elgőzítésére 606,5 + 0,305 t. hőegység kell, melyben t. a gőz hőfokát C.°-ban jelenti; ebből világosan kitünik, hogy a szén melegét annál jobban értékesíthetjük, minél magasabb gőznyomással dolgozunk. A magasnyomásu gőzt azonban csak a gőztér nagy tágításával használhatjuk jól ki, ennélfogva a 6-8 légkörnyomást tulhaladó gőzhöz már kéthengeres, a 8-10 légkörnyomást meghaladó gőzhöz pedig háromhengeres G.-eket használnak.
Az egyhengeres gépek mai alakját a 6. ábránkból látható Collmann-féle vezérmüvü fekvő G. mutatja, melynek kondenzátora a padozat alatt van elhelyezve. Az első kéthengeres G.-et 1804. Woolf Arthur szerkesztette, ugy hogy a gőz először egy kisebb hengerbe ömlött s midőn itt már ez félig kiterjeszkedett, átömlött egy második, jóval nagyobb hengerbe, hol munkáját tovább végezve, teljesen kiterjeszkedhetett. Későbben a Woolf-féle gépeket annyira javították, hogy a két henger egymástól függetlenül álló külön kormányművel kormányoztatott s e két henger közé a két hengerből kiömlő fáradt gőz felvételére egy bővebb edényt, gőzgyüjtőt alkalmaztak. A Woolf-féle gépet vázlatosan a 7. ábrából láthatjuk. A 8. ábra pedig egy gőzgyüjtővel ellátott javított Woolf-féle gépnek képét mutatja, mely a Collmann-rendszerü kormányművel van felszerelve. Ezzel azt érték el, hogy a gépek forgattyuit a főtengelyen egymáshoz képest a tetszésszerinti szög alatt helyezhették el s igy a legkedvezőbb esetet, vagyis a 90°-nyi felékelő szöget választották s az ilyen egymás mellett fekvő hengerekkel biró gépet compound-gépnek nevezik. A compound-gőzgépek dugattyuinak főállásait vázlatosan a 9. ábránk tünteti fel. Egy fekvő compound-gépet fölülről nézve a 10. ábránk, egy álló compound-gépet pedig függőleges metszetben a 11. ábránk tüntet fel. A 10. ábrabeli gépen a gőz először A magasnyomásu hengerbe ömlik, onnan B gőzgyüjtőbe s onnan C alacsonynyomásu hengerbe jut, itt teljesen kiterjeszkedik s az E E légszivattyuval biró kondenzátorba ömlik. A magasnyomásu kisebbik henger Collmann-féle kormányművel bir, mely a töltést a regulátorral önmaga szabályozza. Az alacsonynyomásu nagyobbik C hengernek a 12. ábrában metszetben látható Meyer-féle kéttolattyus kormányműve van. A G G forgattyuk 90° alatt vannak egymáshoz képest felékelve s az L L bajonet ágyazatban fekvő főtengelyekre ékelt H kötélkereket közösen forgatják. A kötélkerék 10 kötellel viszi át a transzmisszió-tengelyre a gőz kifejtette munkát. A gépet N O csövek segítségével ugy kapcsolhatjuk a kazánnal, hogy a friss gőz a nagyobbik hengerbe is beleömölhet s igy, ha valamelyik hajtórudat levesszük, a másik gépet egymagában is lehet járatni. A friss gőz bebocsátására P szellentyü, a kondenzátor vizének szabályozására pedig Q szellentyü szolgál. A 11. ábrából látható álló compound-gép propellerhajók hajtására alkalmas. A a kis henger, B a nagy henger, E a köztük fekvő gőzgyüjtő, H H a dugattyurudak egyenes vezetői, G G a forgattyus tengely, C a kis henger tolattyuszekrénye. A kondenzátor mozgatására I forgattyu szolgál. A tengeri hajógépekhez, miután a tenger vize sok sót tartalmaz, csöves felületü kondenzátorokat használnak, melynek rajza a 13. ábrából látható. Az a szekrénybe beömlő fáradt gőz eloszlik az r csöveken s a w hidegviz-szivattyuval a csövek külsejére öntött viz által lehüttetik s miután vizzé vált, az l légszivattyu a levegővel együtt kiszivattyuzza. A 14. ábra szintén hajókon alkalmazásban levő oszcilláló hengerü G.-et mutat. Ezt a rendszert főképen azért szeretik, mert miután a hajtórud nála mellőztetik, igen kis helyen elfér. A gőz a henger oldalára öntött üres oszcilláló csapokon át ömlik a tolattyuszekrénybe. A tolattyut a henger oszcilláló mozgásának segítsége mellett egy egyszerü excenter mozgatja. A a főtengely, mely a hajó lapátos kerekeit tartja, B B1 az oszcillálóan mozgó gőzhengerek, C az ingó tengelycsap és D D1 a forgattyukat jelzik.
A G.-ek egyik legfontosabb részét a kormányművek képezik s a G.-szerkesztők találékonysága főképen ide irányul s valóban bámulatraméltó, amit e téren eddig is felmutattak. Alig van G.-gyár, mely ez irányban valami ujítással nem dicsekedhetik. A versenyt ezen a téren Corliss indította meg, ő készítette az első kormányművet, mely lehetővé tette, hogy a regulátor a töltésfokot szabályozhassa. Az ő egyszerü hajlott rugós kormányművét, melynek szerkezete a 15. ábrából változatosan feltüntetve látható, később Ingliss és Spencer francia mérnökök a 16. ábrából látható szerkezettel oda módosították, hogy azt gyorsabban járó gépekhez is lehetett alkalmazni. A gőz be- és kiömlesztésére itt a henger végein elhelyezett csapszelepke vannak, a felső A A szellentyücsapok a gőzt beeresztik, az alsó B B szellentyücsapok pedig a fáradt gőzt bocsátják ki. Az excenter a henger közepén elhelyezett W korongot mozgatja, mely S S felső rudakkal a beömlesztő, R R alsó rudakkal pedig a kiömlesztő szellentyücsapokat mozgatja. A regulátor F F emeltyükkel kapcsolatos C rudakkal állítja a kiakasztó diókat ugy, hogy azokat a szellentyücsapokat a kellő pillanatban kikapcsolják a vonórudakból s a gőzt elzárni engedik. D a szellentyücsapok elzárását előidéző rugós légütközői. Ugyancsak Corliss elvén szerkesztett Wheelock is vezérművet. Ennek képe a 17. ábrából látható. Itt a C B be- és kiömlesztő szellentyücsapok a henger alján egymás mellett vannak elhelyezve. Az excenter S ruddal A emeltyüt mozgatja, mely E kapocscsal F G szögemeltyünél fogva a C beömlesztő szellentyüt is mozgatja. A regulátor R ruddal K emeltyüt állítja el, mely aztán a kapcsolatot a szükség szerint előbb vagy később bontja fel. Igen előkelő helyet biztosított magának a G.-ek vezérművei között a 18. ábrából látható Sulzer-féle vezérmü is. Itt a főtengelyre merőlegesen huzódik a henger mellett a vezértengely, mely e excenter segítségével a G beömlesztő és a H kiömlesztő szellentyüket mozgatja. Ennek a kormányműnek a Corliss-féle fölött az az elsőbbsége, hogy ez a töltésfokot 0-0,8-ig, mig amaz csak 0-0,3-ig változtathatja.
Kisebb G.-eknél a G.-et gyakran egyesítik a kazánnal, ugy hogy az egész szerkezetet a gőzkazánra rakják. A 19. ábra álló gőzkazánra szerelt G.-et mutat. A a gőzkazán, a a vizmutató üveg, b a füstcső, c a füsttolattyu, d a gőzhenger, e a regulátor, g a szivattyu szivókosara, h egy tartalékszivattyu fogónyele. A gép főtengelye a hajtókerék gyanánt szolgáló lendítőkerékkel együtt a kazán alsó részére erősített csapágyakban fekszik. Ezeket a gépeket kisebb gyárak hajtására használják, hol a G. a műhelyek valamelyikében foglal helyet. A lokomotiv- és lokomobil-G.-ek rendesen a kazánnal együtt vannak, előbbieken egy közös keretre vannak rakva, utóbbiakon pedig a G. többnyire a kazánra van helyezve.
A nagy gyorsasággal forgó szerszámgépeknek közvetlen hajtására használják a 20. ábrából látható háromhengeres gyorsforgásu G.-et Ebben a hengerek a főtengely körül közben sugárirányuan vannak fektetve s mind a három henger hajtórudja egy közös forgattyuba kapaszkodik. A gőz a dugattyukat csak a külső oldalról nyomja s minden dugattyura friss gőz ömlik. Ilyen szerkezetü gépeket használnak a torpedók szárnyas kerekeinek forgatására is, hol azonban gőz helyett nagynyomásu komprimált levegő képezi a hajtóerőt.
