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Steeple compound engine - Wikipedia

スティープル複合エンジンは直列 複合蒸気エンジンの一形式で、 逆向きの垂直エンジンとして建造されたものである。 これらは非常に背が高いため、 スティープル・エンジン (steeple = 尖塔) と呼ばれた。

フィッチバーグ (Fitchburg) スティープル複合エンジン

複合エンジンは 2 基あるいは 3 基のシリンダーがあり、 ここで蒸気が順番に膨張される。 高圧シリンダー (high-pressure) あるいは HP シリンダーの排気が、 低圧シリンダー (lowe-pressure) あるいは LP シリンダーに供給される。 シリンダーが 3 基あるエンジンには中圧シリンダー (intermediate pressure) あるいは IP シリンダーもあるが、 これはシリンダーが 2 基のエンジンのように一般的ではない^[1]。 直列複合エンジン (tandem compound) では、 シリンダーは共通の軸 (この場合には垂直) の上に端を合わせて配置され、 どのピストンも同じ棒の上に搭載されて、一緒に動く。 各シリンダーには独立なバルブとバルブ装置 (valve gear) がついている。 これらをつなぐパイプを拡張して、 レシーバー (receiver) -- 中間の圧力の蒸気の貯蔵場所 -- とすることもできる。 これは複合エンジンの効率を改良する。

とても高いことを除けば、直列複合スティープル・エンジンはネーピア (Napier) の、より以前の スティープル・エンジンとは何の関係もない。 後者は クライド湾 (the Clyde) の外輪船で使用されたものである。 垂直直列複合エンジン (vertical tandem compound) は小さな蒸気ボードで船舶用 (marine use) に 使用されたが、これには「スティープル」の名称は使用されなかった。 このようなボートの水平余地は垂直余地よりも、しばしばずっと制限があった。

フィッチバーグ (Fitchburg) エンジン^[2] (上の絵) は色々な形で提供された一連の類似のエンジンの一つであった。 スティープル配置はエンジン棟に高い天井が必要であったが、2 つの利点があった；　 これは水平エンジンよりも、必要なフロア・スペースが少なかった。 そして、これはエンジンの下に必要となる石造りの基礎 (masonry foundation) がそれほど複雑ではなかった。 垂直エンジンは、重さに耐える十分な強度を持てば、適当に水平な基礎の上に設置することができた。 水平エンジンは注意深くそろえたレンガ積みが、クランク軸とシリンダーのどちらも別々に支えることが 要求された。 このようなレンガ積みは高価で、建設するのに時間がかかり、 そして、新しいエンジンを古いエンジン棟に設置することの妨げとなり、 高価な再建築が必要となった。

フィッチバーグ (Fitchburg) は自動ガバナー (governor, 調速機、絵の左側のはずみ車) を提供したことでも著名であり、これは負荷に応じてバルブの遮断 (cut-off) を制御した。 このようなガバナーは高速エンジンの開発と共に 1900 年頃に重要となり、 ガバナーは速度を正確に制御することに使用された。 このような、より初期の中程度の速度のエンジンでは、このようなガバナーの機能は エンジンの速度を単に制御するだけではなく、効率も改良した。 フィッチバーグ (Fitchburg) のピストン・バルブはストロークの 0 から 2/3 まで遮断して操業できた。 軽い負荷で操業する時は、短い遮断が効率を改良した。 初期のエンジンは膨張バルブ (expansion valves) のような装置を使用してこれを実現したが、 これには熟練した操作員 (skilled driver) の連続的な注意も要求され、 負荷が変化すると遮断を変動してエンジンを駆動した。 より初期のワットのガバナーはスロットル・バルブのみを制御し、 従って、これらはエンジン速度を制御したが、効率を奨励しなかった。 遮断がなく、蒸気の供給をスロットル制御して操業するエンジンは効率が悪い。 これは膨張動作を減少させ、絞り作用 (wire-drawing) の危険があるからである。 最初の自動ガバナーで言われていることは、これらは速度を制御するのみならず、操作員の役割を引き継ぎ、 遮断も変化させることができる。

スティープル・エンジンの最も良く知られたエンジンの 1 つはウィリアムズ・エンジン (Williams engine) であった。 2 段、あるいは 3 段膨張複合エンジンがあり、 単動式シリンダー (single-acting cylinder) とすべてのシリンダーの間で共有する中央の スピンドル・バルブ (spindle valve) の普通とは違う造作があった。 1900 年頃までに、ウィリアム・エンジンが他の形式よりも発電の任に多く就いていた。

ウィリアム&ロビンソン・エンジンが ダイナモ発電機 (dynamo generator) を駆動する。

スティープル複合エンジンのデザインの 1 つはスキナー・ユニフロー・エンジン (Skinner Unaflow) であった。 幾つかは固定エンジンと発電に使用されたが、 大半は 海洋エンジン (marine engine) であった。 五大湖フェリーの SS バジャー (Badger) は元々のエンジンで任に就き続けている。

[1] 3 段膨張エンジンは 1890 年代からもっと一般的となった。 これは 150 psi よりも上の増大するボイラー圧により、 余剰効率が余剰経費を価値あるもとにしたからである。 海洋エンジンでは、より良い効率によって燃料消費が削減され、 航続距離が増大する、もしくは積み荷の容量が増大する。 他の用途では、3 段膨張エンジンの増大した初期コストはそれほど一般的に価値あるものではなかった。

[2] マサチューセッツ州フィッチバーグ (Fitchburg) のフィッチバーグ蒸気エンジン会社 (Fitchburg Steam Engine Co.) は 1871 年に設立された。