Поршневой клапан (паровая машина) - Piston valve (steam engine)
.jpg)
Поршневые клапаны - это одна из форм клапана, используемая для управления потоком пара в паровом двигателе или локомотиве . Они контролируют поступление пара в цилиндры и его последующий выпуск, позволяя локомотиву двигаться своим ходом. Клапан состоит из двух поршневых головок на общем шпинделе, движущихся внутри парового резервуара, который по сути представляет собой мини-цилиндр, расположенный либо над, либо под главными цилиндрами локомотива.
Обзор
В 19 веке паровозы использовали золотниковые клапаны для управления потоком пара в цилиндры и из них . В 20 веке золотниковые клапаны постепенно вытеснялись поршневыми, особенно в двигателях, использующих перегретый пар. На то было две причины:
- Трудно смазать задвижки должным образом в присутствии перегретого пара.
- С помощью поршневых клапанов проходы пара можно сделать короче. Это, особенно после работы Андре Чапелона , снижает сопротивление потоку пара и повышает эффективность.
Обычные клапанные механизмы локомотивов, такие как клапанные механизмы Stephenson , Walschaerts и Baker , могут использоваться как с золотниковыми, так и с поршневыми клапанами. Там, где используются тарельчатые клапаны, может использоваться другой механизм, например, редуктор Caprotti, хотя стандартные редукторы, упомянутые выше, также использовались Chapelon и другими.
Большинство поршневых клапанов относятся к типу «внутреннего впуска», когда свежий пар вводится из котла через пространство между двумя головками поршня клапана, а отработанный пар выходит через пространство между головкой поршня и концом парового резервуара. . Преимущество этой конструкции состоит в том, что утечка через сальник, который изолирует паровой резервуар от рабочего штока клапанного механизма, представляет собой гораздо меньшую проблему, когда сальник подвергается воздействию низкого давления выхлопных газов, а не полного давления котла. Однако некоторые локомотивы, такие как класс Bulleid's SR Merchant Navy , использовали «доступ извне», когда верно обратное, в случае Bulleid из-за необычного механизма клапанного механизма с цепным приводом.
Примеры
Двигатель Swannington с наклонным заводом на Лестере и Суоннингтонской железной дороге , изготовленный компанией Horsely Coal & Iron в 1833 году, демонстрирует очень раннее использование поршневого клапана. Поршневые клапаны использовались год или два назад в горизонтальных двигателях, производимых Taylor & Martineau в Лондоне, но не стали общими для стационарных или локомотивных двигателей до конца XIX века.
Принципы дизайна
В движении паровозу требуется, чтобы пар поступал в цилиндр в точное время относительно положения поршня. Это влечет за собой управление впуском и выпуском пара в цилиндры и из них с помощью клапана, связанного с движением поршня.
Для синхронизации и определения размеров золотниковых или поршневых клапанов, где клапан открывает и закрывает отверстия для пара и выпуска, необходимо учитывать «нахлест» и «опережение».
Колени
Lap - это величина, на которую клапан перекрывает каждое отверстие в среднем положении каждого клапана. Есть два разных типа кругов.
Первый тип - это паровой напор, который представляет собой величину, на которую клапан перекрывает отверстие для пара на стороне свежего пара поршня или золотникового клапана (то есть расстояние, на которое клапан должен переместиться, чтобы только начать открывать отверстие).
Во- вторых, отработанный круг, который является величина , на которую клапан перекрывает выпускное отверстие на выпускном стороне поршня или золотникового клапана. Вытяжной круг обычно отводится тихоходным локомотивам. Это связано с тем, что он позволяет пару оставаться в цилиндре в течение максимально длительного периода времени, прежде чем он будет израсходован в качестве выхлопных газов, тем самым повышая эффективность. Маневровые локомотивы, как правило, оснащались этим дополнением.
Отрицательный выхлопной зазор, также известный как выхлопной зазор, представляет собой величину, на которую порт открыт для выхлопа, когда клапан находится в среднем положении, и используется на многих быстроходных локомотивах для обеспечения свободного выхлопа. Цилиндр по обеим сторонам поршня открыт для выпуска одновременно, когда клапан проходит через среднее положение, которое является кратковременным при работе.
Вести
Свинец - это количество, на которое открывается порт, когда поршень находится в передней или задней «мертвой точке». В случае парового порта это позволяет впускать пар для заполнения зазора между цилиндром и поршнем и обеспечивает максимальное давление в цилиндре перед началом хода. Это одновременно смягчает и помогает массе поршня замедляться и менять направление. На малых скоростях не идеальный вариант. Для двигателей с поршнями более 24 дюймов, массой более 5 кг и давлением ниже 500 фунтов на квадратный дюйм амортизация является предпочтительной. Свинец необходим на локомотивах, рассчитанных на высокие скорости.
Расчет событий клапана
Учитывая прихлест, шаг и ход клапана, в какой момент хода поршня клапан открывается и закрывается, чтобы выпускать пар и выпускать?
Вычислить точный ответ на этот вопрос до того, как компьютеры были слишком трудоемкими. Простое приближение (используемое в диаграммах Зойнера и Реало) состоит в том, чтобы представить, что и клапан, и поршень имеют синусоидальное движение (как если бы основной стержень был бесконечно длинным). Затем, например, чтобы вычислить процент хода поршня, при котором подача пара прекращается:
- Вычислите угол, косинус которого равен удвоенному значению нахлеста, разделенному на ход клапана.
- Вычислите угол, косинус которого в два раза больше (круг плюс шаг), разделенный на ход клапана.
Сложите два угла и возьмите косинус их суммы; вычтите 1 из этого косинуса и умножьте результат на -50.
В заводском состоянии I1s 2-10-0 от Пенсильвании имел нахлест 2 дюйма, шаг 1/4 дюйма и ход клапана 6 дюймов на полной передаче. На полной передаче два угла составляют 48,19 градуса и 41,41 градуса, а максимальная отсечка составляет 49,65% хода поршня.