安德顿运河升降机，1875-1908 年

历史悠久的英国升船机使用一对液压升降机创造性地克服了严峻的挑战。

26 年 1877 月 1804 日，著名的英国植物学家和进化论理论家 Hewett C. Watson (1881-1836) 给土木工程师 Sidengham Duer (1886-XNUMX) 发送了以下信件：

“'液压运河升降机'在此返回。 非常感谢 这个 贷款 of 这个 纸， 这 一直以不小的兴趣阅读，因为它给了我关于它的主题的新想法。 确实，在短短 240 分钟的时间内将 50 T. 提升到 3 英尺的高度是一种巨大的体力命令。 或更少。 对于那些试图将古代人置于现代人之上的作家来说，习惯上会问，金字塔中使用的如此大的石头是如何被移动和抬高的。 但是，通过更熟练地使用自然力，现代工程师确实取得了更大的成就。”

信中引用的论文的完整标题是“韦弗河上安德顿的液压运河升降机”，由杜尔撰写。 该论文于 21 年 1876 月 XNUMX 日在英国土木工程师学会的一次会议上发表，后来发表在其 会议纪要. 虽然 Duer 将他的论文副本发送给 Watson 的原因尚不清楚，但 Watson 对其内容的热情是显而易见的。 作为新兴进化概念的支持者，他清楚地看到电梯说明了现代工程的自然发展，因为它超越了“古人”的工作。

沃森称赞的“电梯”，实际上是由一对液压电梯组成的系统，用于在韦弗河和特伦特和默西运河之间运送驳船。 该项目始于 1870 年代初，当时人们认识到两条水道上增加的驳船交通和贸易将从连接中受益。 关键的设计挑战是两条水道之间的地形和垂直距离：50 英尺、4 英寸的高度。

Edward Leader Williams (1828-1910) 是 Weaver Trust（管理河上航行的公司）的一名土木工程师，他是第一个提议使用液压电梯在水道之间移动驳船的人。 威廉姆斯聘请埃德温·克拉克（1814-1894 年）来制定该计划，而克拉克又聘请了杜尔，杜尔将他在该项目中的角色描述为专注于“细节的安排”。[1] 约翰·瓦特·桑德曼（1842-1927 年） 1876 年）在项目开始时接替威廉姆斯成为 Weaver Trust 的工程师，也为设计做出了贡献。 虽然克拉克通常被认为是电梯的主要设计师，但有趣的是，正是杜尔的介绍和随后的出版物（其中包括七幅详细图纸）让公众注意到了该系统。 该论文于 XNUMX 年获得了土木工程师学会的特尔福德奖金，以表彰其主题的重要性和杜尔的演讲质量。

电梯采用了相对简单的设计。 液压升降机被连接起来，这样一个向下的动作基本上会抬高另一个。 当电梯静止时，一辆车在顶部（运河水位），另一辆车在底部（河流水位）。 “汽车”是锻铁槽，长 75 英尺，宽 15.5 英尺，中心深 9.5 英尺，末端深 7.5 英尺。 它们的每一端都有门，可以升高以允许驳船进出。 每个槽设计用于运送 4.5 英尺深的水，并且它们的尺寸可以运送两艘小型驳船（每艘平均容量为 30-40 吨）或一艘大型驳船（平均容量为 80-100 吨）。 . 水和驳船的总重量约为 240 吨。当一个槽在河流水平面时，它被淹没，这样至少 5 英尺的水可以进入，这使得驳船可以轻松进出。 当槽上升时，沿其长度的 12 个虹吸管将多余的水排出，直到达到 4.5 英尺的设计深度。由蒸汽机提供动力的蓄能器根据需要提供额外的液压以提高负载。

每个槽由一个位于中心的、直径为 3 英尺的铸铁柱塞或活塞承载。 冲头通过一个 3.5 英尺深的锻铁插座连接到槽上。 锻铁“悬臂”从插座辐射到槽的两侧，以帮助将重量引导到中心。 槽的角落还装有铸铁导向块，这些导向块在构成电梯井的柱子的通道中运行。 每个柱塞由三个部分组成，“通过法兰和螺栓连接在一起。 撞锤的法兰在用螺栓连接在一起之前用红铅覆盖。 压力机的法兰，除了红铅外，在它们之间[放置]了一圈铅丝，在螺栓的压力下被压平，形成了一个水密接头。”[1]同时压头的操作随之而来作为直接液压系统的规范模式，重要的是要注意填料函位于充满水的“坑”的底部。 为了便于维护，一个 4 英尺 4 英寸。 直径锻铁隧道被放置在坑下。 隧道还提供了对控制系统运行的阀箱的访问。

电梯的简单设计意味着它可以由五名工人组成：三人负责操作驳船进出的闸门，一名负责管理蒸汽机和蓄能器，另一名负责控制电梯的运行。电梯顶上的“阀门房”。 最初的设计规范要求电梯在不少于 3 分钟的时间内在水道之间运输驳船。 当电梯于 1875 年开通时，平均电梯时间为 2.5 分钟。 从 1875 年到 1908 年，安德顿电梯的液压升降机成功地将驳船运送到运河和河流之间，在此期间它们移动了大约 5 万吨。 1908 年，液压系统被约翰·亚瑟·萨纳设计的平衡绳索系统取代(1864-1952)。 像他的前任一样，萨纳在提交给土木工程师学会并在会议记录中发表的论文中纪念了他的工作。 [2] 在他的论文中，Saner 还讲述了液压电梯的简要历史，可以对其运行进行独特的观察。

在其 30 年的历史中，电梯需要正常维护，并在几次事故和系统故障中幸免于难：

• 21 年 1881 月 XNUMX 日：一块来历不明的“坚硬物质”不知何故被带入坑内，当槽下降时，它没有被压在槽底部和锻铁服务隧道顶部之间穿过隧道屋顶的一个洞。
• 1881 年 XNUMX 月：更换了蓄能器填料函的压盖。
• 26 年 1882 月 4 日：其中一个主汽缸的顶部爆裂，使位于上层的闸板和槽下降。 发现原因是XNUMX英寸。 用于容纳允许水在主气缸之间流动的管道所需的孔。 解决方案是用四个较小的管子代替大的单管，从而均匀地分布在两个气缸周围的压力。
• 23 年 1887 月 1891 日：其中一个气缸盖“让位”。 它“用一直持续到 XNUMX 年 XNUMX 月的锻铁板进行修复，当时它被更新为插入三个部分的更坚固的铸铁部分，因为不可能一次将完整的环就位。”
• 1894 年 1891 月：按照 XNUMX 年采用的方法“更新”了第二个气缸压盖。
• 1898 年 XNUMX 月：其中一根主压力管道发生故障。
• 1898 年 XNUMX 月：调节主气缸之间水流的主平衡压力阀发生故障。
• 1899 年 XNUMX 月：几个压力管道发生故障。^[2]

Saner 还描述了困扰该系统的另一个持续存在的问题：公羊的逐渐恶化。 到 1882 年，电梯的操作员注意到滑枕表面开始出现凹槽。 工人们小心地将软铜的长度与凹槽接合在一起，以保持通过填料函的水密通道。 这种恶化一直持续到 1895 年，到那时估计已经使用了超过 750 磅的铜，有些铜条的宽度超过 3 英寸。

Saner 于 1885 年加入 Weaver Trust，担任助理工程师，三年后，他成为该组织的首席工程师。 到 1890 年代中期，他开始怀疑撞锤继续开槽的原因不是由于它们的材料或填料函的设计。 相反，他怀疑一个 21 世纪工程师众所周知的问题——水污染。 用于为公羊提供动力的水取自特伦特和默西运河，运河两岸排列着“大量的盐和化学制品。”[2] 萨纳怀疑“由水质引起的电解作用是[2] 1895 年 10 月进行的一系列实验证实了他的怀疑，萨纳设计了一个系统，可以冷凝蒸汽机的废气，从而产生相对污染的环境。 - 电梯的免费水源。 Saner 报告说，“虽然如此获得的水并非完全没有油脂，但没有任何危害，”在他看来，这种安排“将公羊的寿命延长了近 1908 年。” Saner 于 XNUMX 年设计的用于更换原始液压系统的设计，被他描述为安德顿电梯的“重建”，将成为未来论文的主题。

背景

本月文章的灵感来自 David Cooper 的论文“英国的船用电梯”，该论文于 2015 年在第五届电梯和自动扶梯技术年度研讨会上发表。 库珀的论文播下了一颗种子，导致人们寻找与安德顿电梯相关的材料的原始副本。 这次搜索找到了 Duer 原始论文的副本，其中包括 Watson 给 Duer 的信“倾斜”在前面。 这一令人愉快的事故让我们得以说明 19 世纪现代科学思想世界与现代工程之间的联系。

这项调查还提醒人们注意工业化的阴暗面，即特伦特和默西运河的污染。 在科学和工程领域之间建立紧密联系所带来的好处，以及制造业对环境的潜在危害，仍然是 21 世纪生活的关键方面。

案例
[1] 西登厄姆杜尔。 “Anderton 的Hydraulic Canal Lift, on the River Weaver”，土木工程师学会会议纪要； 与其他精选和摘要论文，第 1875-76 届会议 – 第三部分（1876 年）。
[2] 约翰·亚瑟·萨纳。 “安德顿韦弗河上运河船升降机的重建”，土木工程师学会会议纪要（1910 年）。