.jpg/1280px-Corliss_engine,_showing_valvegear_(New_Catechism_of_the_Steam_Engine,_1904).jpg)
Una máquina de vapor Corliss (o motor Corliss ) es una máquina de vapor , equipada con válvulas rotativas y con sincronización variable de válvulas patentada en 1849, inventada y nombrada en honor al ingeniero estadounidense George Henry Corliss de Providence, Rhode Island .
Los motores equipados con engranajes de válvulas Corliss ofrecían la mejor eficiencia térmica de cualquier tipo de máquina de vapor estacionaria hasta el refinamiento de la máquina de vapor uniflow y la turbina de vapor en el siglo XX. Los motores Corliss eran generalmente un 30 por ciento más eficientes en combustible que los motores de vapor convencionales con corte fijo. [1] Esta mayor eficiencia hizo que la energía de vapor fuera más económica que la energía hidráulica, lo que permitió el desarrollo industrial lejos de los estanques. [2]
Los motores Corliss se utilizaban normalmente como motores estacionarios para proporcionar energía mecánica a los ejes de las fábricas y molinos y para impulsar dinamos para generar electricidad. Muchos eran bastante grandes, medían muchos metros de altura y desarrollaban varios cientos de caballos de fuerza , aunque a baja velocidad, haciendo girar enormes volantes que pesaban varias toneladas a unas 100 revoluciones por minuto. Algunos de estos motores desempeñan funciones inusuales como sistemas mecánicos heredados y, debido a su eficiencia relativamente alta y sus bajos requisitos de mantenimiento, algunos permanecen en servicio hasta principios del siglo XXI. Véanse, por ejemplo, los motores de Hook Norton Brewery y Distillerie Dillon en la lista de motores operativos.
Los motores Corliss tienen cuatro válvulas para cada cilindro, con válvulas de vapor y de escape ubicadas en cada extremo. Los motores Corliss incorporan distintos refinamientos tanto en las propias válvulas como en el engranaje de válvulas , es decir, el sistema de varillaje que acciona las válvulas.
El uso de válvulas separadas para la admisión y el escape de vapor significa que ni las válvulas ni los conductos de vapor entre los cilindros y las válvulas necesitan cambiar de temperatura durante el ciclo de potencia y escape, y significa que la sincronización de las válvulas de admisión y escape se puede controlar de forma independiente. . Por el contrario, las máquinas de vapor convencionales tienen una válvula deslizante o una válvula de pistón que alimenta y expulsa alternativamente a través de conductos hacia cada extremo del cilindro. Estos conductos están expuestos a grandes cambios de temperatura durante el funcionamiento del motor y hay altos gradientes de temperatura dentro del mecanismo de válvulas.
Clark (1891) comentó que el engranaje Corliss "es esencialmente una combinación de elementos previamente conocidos y utilizados por separado, que afectan al cilindro y al engranaje de válvulas". [3] Los orígenes del engranaje Corliss con respecto al engranaje de válvula de vapor anterior fueron rastreados por Inglis (1868). [4]
.jpg/1280px-Corliss_valvegear,_Gordon's_improved_(New_Catechism_of_the_Steam_Engine,_1904).jpg)
George Corliss recibió la patente estadounidense 6.162 para su engranaje de válvulas el 10 de marzo de 1849. Esta patente cubría el uso de una placa de muñeca para transmitir el movimiento de la válvula desde una única excéntrica a las cuatro válvulas del motor, y cubría el uso del mecanismo de disparo. válvulas de corte variable bajo control del gobernador que caracterizan a los motores Corliss. [5] A diferencia de los motores posteriores, la mayoría de los cuales eran horizontales, esta patente describe un motor con viga de cilindro vertical y utiliza válvulas deslizantes individuales para la admisión y el escape en cada extremo del cilindro.
Las válvulas de entrada se abren con un trinquete accionado excéntrico ; cuando el trinquete actúa , el cierre rápido se amortigua mediante un amortiguador . En muchos motores, el mismo amortiguador actúa como un resorte de vacío para cerrar las válvulas, pero los primeros motores de Corliss eran lo suficientemente lentos como para que fuera el peso del pistón y la varilla del amortiguador lo que cerraba la válvula.
La velocidad de un motor Corliss se controla variando el corte de vapor durante cada golpe de potencia, dejando el acelerador completamente abierto en todo momento. Para lograr esto, el gobernador centrífugo está vinculado a un par de levas, una para cada válvula de admisión. Estas levas determinan el punto durante la carrera del pistón en el que se soltará el trinquete, permitiendo que la válvula se cierre.
Como ocurre con todas las máquinas de vapor donde se puede regular el corte, la virtud de hacerlo radica en el hecho de que la mayor parte de la carrera de potencia es impulsada por la expansión del vapor en el cilindro después de que se ha cerrado la válvula de admisión. Esto se acerca mucho más al ciclo de Carnot ideal de lo que es posible con un motor donde la válvula de admisión está abierta durante toda la carrera de potencia y la velocidad está regulada por una válvula de mariposa .
El engranaje de válvula Corliss permitió una velocidad más uniforme y una mejor respuesta a los cambios de carga, lo que lo hizo adecuado para aplicaciones como laminadores e hilado, y amplió enormemente su uso en la fabricación. [6] [7]
Las válvulas Corliss se abren directamente al cilindro. Las válvulas conectan el cilindro para separar las cámaras de vapor y de escape . Inicialmente, Corliss usaba válvulas deslizantes con actuadores lineales, pero en 1851, Corliss había cambiado a actuadores de válvulas semirrotativas, como se documenta en la patente estadounidense 8253. [8] En este motor, la placa de muñeca se movió al centro del lado del cilindro. , como en los motores Corliss posteriores. Sin embargo, todavía era un motor de viga y los actuadores de válvulas semirrotativas operaban válvulas deslizantes lineales dentro de las cuatro cajas de válvulas del motor.
Las válvulas Corliss tienen la forma de un segmento circular menor que gira dentro de una cara de válvula cilíndrica. Su mecanismo de accionamiento está a lo largo del eje de la válvula, por lo que tienen poco "espacio muerto", como el vástago de una válvula de asiento , y toda el área del puerto se puede utilizar de manera eficiente para el flujo de gas.
Como el área de una válvula Corliss es pequeña en comparación con el área del puerto, los efectos del flujo de gas generan un par relativamente pequeño en el eje de la válvula en comparación con otros tipos de válvulas. Estas ventajas han llevado a que la forma de válvula Corliss se utilice en otras funciones, además de en las máquinas de vapor con engranajes Corliss.
El motor aeronáutico Rolls-Royce Merlin utilizaba una válvula de mariposa rectangular como acelerador. Las fuerzas del flujo de gas que actúan de forma asimétrica sobre esta mariposa podrían provocar un control deficiente de la potencia en algunas circunstancias. Los últimos modelos, a partir del 134, utilizaron una válvula de mariposa Corliss para evitar este problema. [9]
Una característica común de los grandes motores Corliss es uno o dos juegos de dientes de engranaje estrechos en el borde del volante . [10] Estos dientes permiten barrar el volante , es decir, girarlo con la ayuda de una palanca . [11] Esto puede ser necesario durante el mantenimiento del motor, por ejemplo, para configurar la sincronización de las válvulas de admisión y corte, y puede ser necesario durante el arranque del motor.
La necesidad de bloquear el motor durante el arranque es más obvia en los motores de un solo cilindro, donde un operador descuidado podría detener el motor con el pistón en el punto muerto o cerca de él . Una vez parado en este estado, el motor no puede arrancar por sus propios medios, por lo que debe situarse en una posición más favorable para el arranque.
Los motores Corliss grandes no se pueden arrancar en frío de forma segura [ ¿por qué? ] por lo que es común admitir vapor a baja presión a ambos lados del cilindro para calentar la estructura metálica. Girar el motor lentamente durante este proceso garantiza que todo el motor se caliente uniformemente y garantiza que el aceite se distribuya uniformemente a través del mecanismo antes de aplicar potencia. [12] Nuevamente, se pueden usar barreras para hacer esto, aunque los operadores a veces lo hacen mediante una cuidadosa manipulación manual de las válvulas. [13]
Para motores grandes, el bloqueo impulsado por músculos es lo suficientemente difícil como para que se instalen motores de bloqueo con frecuencia. [14] Estos son motores pequeños con dientes de engranaje cortados para coincidir con los dientes del volante. Generalmente, los engranajes impulsores del motor de bloqueo están diseñados para desconectarse automáticamente si el motor comienza a funcionar por su propia energía mientras los engranajes de bloqueo están acoplados.
Corliss Steam Engine Company se conocía originalmente como Fairbanks, Clark & Co. en la década de 1830. En 1843 pasó a llamarse Fairbanks, Bancroft & Co. cuando Edward Bancroft se unió a la empresa. En 1846 pasó a llamarse Bancroft, Nightingale & Co. cuando George H. Corliss se unió a la empresa, y en 1847 pasó a llamarse Corliss, Nightingale and Co. En 1848, la empresa se trasladó al cruce del ferrocarril de Charles Street en Providence, Rhode Island .
En 1857, la empresa pasó a llamarse por última vez Corliss Steam Engine Company. En 1864, Corliss compró la participación de sus socios y se convirtió en el único propietario de la empresa. En 1900, la International Power Company compró la Corliss Steam Engine Company. En 1905 fue comprada por la American and British Manufacturing Company. En 1925, la empresa se fusionó con Franklin Machine Company. Para entonces, Franklin Machine Company ya era propiedad de William A. Harris Steam Engine Company.
En 1859, todas las características clave de lo que ahora conocemos como motor Corliss estaban en su lugar. Las patentes concedidas a Corliss y otros incorporaban válvulas rotativas y cigüeñales en línea con los cilindros. Véase, por ejemplo, la patente estadounidense 24.618 de Corliss, concedida el 5 de julio de 1859. [15] Los inventores competidores trabajaron duro para inventar alternativas a los mecanismos de Corliss; generalmente evitaron el uso de una placa de muñeca por parte de Corlis y adoptaron mecanismos de liberación alternativos para las válvulas de vapor, como en la patente estadounidense 19.640 de Jamieson, concedida el 16 de marzo de 1858. [16]
La patente de Corliss de 1849 expiró en 1870; el plazo de esta patente se había ampliado mediante la reedición de la patente estadounidense 200 el 13 de mayo de 1851 y las reemisiones de patente estadounidense 758 y 763 el 12 de julio de 1859. B. Hick and Son fueron los primeros en introducir el motor Corliss en el Reino Unido alrededor de 1864. Después de 1870, muchas otras empresas comenzaron a fabricar motores Corliss. Entre ellas, William A. Harris Steam Engine Company, [17] Worthington Pump and Machinery Company , [18] y Allis-Chalmers . [19] En general, estas máquinas se denominaban motores Corliss independientemente de quién las fabricara.
El motor Corliss Centennial era un motor de haz rotativo especialmente construido y con todo incluido que impulsó prácticamente todas las exhibiciones en la Exposición del Centenario de los Estados Unidos en Filadelfia en 1876 a través de ejes que totalizaban más de una milla de longitud. Encendido por el presidente Ulysses S. Grant y el emperador Pedro II de Brasil , el motor estuvo a la vista del público durante la feria.
El motor estaba configurado como dos cilindros uno al lado del otro. Cada cilindro fue perforado a 44 pulgadas (112 cm) con una carrera de 10 pies (3,0 m). El motor Centennial tenía 45 pies (14 m) de altura, tenía un volante de 30 pies (9,1 m) de diámetro y producía 1400 caballos de fuerza (1000 kW). Después de la feria, fue desmontado y enviado de regreso a la planta de Corliss en Providence. Siete años más tarde se vendió y alimentó una fábrica de Chicago propiedad de George Pullman hasta 1910, [20] cuando se vendió como chatarra. [21]
Este motor se convirtió en un ícono cultural, hasta tal punto que para muchos historiadores modernos el término motor Corliss (o motor de vapor Corliss ) se refiere a este motor específico y no a la amplia clase de motores equipados con engranajes de válvulas Corliss. [22]
.jpg/1280px-The_Corliss_'Centennial_Engine'_at_the_US_Centennial_Exhibition_(1876).jpg)
