蒸汽机是终结人力与水力时代、开创动力时代的机器。这台是经典的维多利亚时代工厂蒸汽机 — 水平双作用式 — 外壳已被剥去,每个运动部件都清晰可见。来自锅炉的高压蒸汽被引入气缸一端,同时另一端向排气口敞开,使活塞在每一个冲程(双向)都被驱动;连杆将这种直线推力转化为大飞轮的旋转。
这里没有任何东西是手动动画 — 一切都由真实方程求解。D 形滑阀由领先曲柄 90° 的偏心轮驱动,开关配气口以实现四个真实过程:进气、截断、排气和压缩。截断后,被封存的蒸汽继续推动活塞,同时随着膨胀,压力按照 P ∝ 1/V 下降 — 「膨胀做功」的诀窍,能从每千克蒸汽中榨取额外功,您可以在移动截断点时观看其改变实时示功图。飞轮积分脉冲扭矩(I·dω/dt = τ_steam − τ_load),在曲柄无法产生任何转矩的死点上托住曲柄通过。
那个小型旋转塔是詹姆斯·瓦特 1788 年的离心调速器 — 有史以来最早的自动控制系统之一。当发动机加速时,飞球向外甩开(cos α = g ⁄ Ω²ℓ),并通过连杆关闭节流阀;当发动机减速时,飞球下落,让更多蒸汽进入。关闭调速器,然后改变负载,观看发动机狂速或熄火 — 正是调速器被发明来解决的问题,也是每一个反馈控制器的祖先,包括您在 DigiSim 实验室中逐门搭建的逻辑。
规格
- 类型
- 水平双作用、滑阀配气、膨胀做功
- 机构
- 曲柄滑块 + 偏心阀配气,真实四过程
- 控制
- 瓦特离心调速器闭合速度环
- 模拟内容
- 阀门配气时序、飞轮动力学、实时 P–V 示功图
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