Клапанный механизм парового двигателя — это механизм, который управляет впускными и выпускными клапанами , пропуская пар в цилиндр и позволяя выхлопному пару выходить соответственно в нужных точках цикла. Он также может служить реверсивной передачей . Иногда его называют «движением».
В простом случае это может быть относительно простой задачей, как в двигателе внутреннего сгорания , в котором клапаны всегда открываются и закрываются в одних и тех же точках. Однако это не идеальная конструкция для парового двигателя, поскольку наибольшая мощность достигается за счет удержания впускного клапана открытым на протяжении всего рабочего хода (таким образом, при полном давлении в котле, за вычетом потерь в трансмиссии, против поршня на протяжении всего хода), в то время как пиковый КПД достигается. достигается за счет того, что впускной клапан открывается только на короткое время, а затем позволяет пару расширяться в цилиндре (расширительная работа).
Точка, в которой пар перестает поступать в цилиндр, называется точкой отсечки , и оптимальное положение для этого варьируется в зависимости от выполняемой работы и желаемого компромисса между мощностью и эффективностью. Паровые двигатели оснащены регуляторами ( дросселями на американском языке) для изменения ограничения потока пара, но управление мощностью с помощью настройки отсечки обычно предпочтительнее, поскольку это обеспечивает более эффективное использование котлового пара.
Дополнительную выгоду можно получить, впуская пар в цилиндр немного раньше передней или задней мертвой точки . Этот расширенный вход (также известный как свинцовый пар ) помогает смягчить инерцию движения на высокой скорости.
Как золотниковые, так и поршневые клапаны имеют ограничение: события впуска и выпуска фиксированы по отношению друг к другу и не могут быть оптимизированы независимо. На паровых кромках клапана предусмотрен притир, так что, хотя ход клапана уменьшается по мере продвижения отсечки, клапан всегда полностью открыт для выпуска воздуха. Однако по мере сокращения отсечки события выхлопа также ускоряются. Точка выпуска выхлопных газов возникает раньше в рабочем такте, а сжатие - раньше в такте выпуска. При раннем выпуске часть энергии пара тратится впустую, а при раннем закрытии также тратится энергия на сжатие излишне большого количества пара. Другим эффектом раннего отключения является то, что клапан движется довольно медленно в точке отключения, и это создает точку сужения, из-за которой пар попадает в цилиндр при давлении, меньшем, чем полное в котле (так называемое «волочение проволоки» пара, названное в честь процесс изготовления металлической проволоки путем протягивания ее через отверстие), еще один расточительный термодинамический эффект, видимый на индикаторная диаграмма .
Эта неэффективность привела к широкому распространению экспериментов с тарельчатыми клапанами для локомотивов. Впускные и выпускные тарельчатые клапаны можно было перемещать и контролировать независимо друг от друга, что позволяло лучше контролировать цикл. В конце концов, не так уж много локомотивов было оснащено тарельчатыми клапанами, но они были обычным явлением в паровых вагонах и грузовиках, например, практически все грузовики, локомотивы и железнодорожные вагоны Sentinel использовали тарельчатые клапаны. В очень поздней британской конструкции, классе SR Leader , использовались золотниковые клапаны, адаптированные от двигателей внутреннего сгорания, но этот класс не имел успеха.
Клапанный механизм был благодатной почвой для изобретений: за годы было разработано, вероятно, несколько сотен вариаций. Однако лишь небольшое количество из них получили широкое распространение. Их можно разделить на те, которые приводят в движение стандартные возвратно-поступательные клапаны (будь то поршневые клапаны или золотниковые клапаны), те, которые используются с тарельчатыми клапанами, и неподвижные механизмы отключения двигателя , используемые с полуповоротными клапанами Корлисса или перепускными клапанами . [1]
Скользящий эксцентрик . Эта передача теперь используется только в моделях паровых двигателей и в хобби-приложениях малой мощности, таких как паровые пусковые двигатели, мощностью до нескольких лошадиных сил. Эксцентрик на коленвале неплотно закреплен, но имеются упоры, ограничивающие его вращение относительно коленвала. Установка эксцентрика в положение движения вперед и назад может быть выполнена вручную путем вращения эксцентрика на остановленном двигателе или для многих двигателей путем простого поворота двигателя в желаемом направлении вращения, при этом эксцентрик затем позиционируется автоматически. Двигатель толкается вперед, чтобы перевести эксцентрик в положение передней передачи, и назад, чтобы перевести его в положение задней передачи. Плавного управления отсечкой нет. [2] На Лондонской и Северо-Западной железной дороге в некоторых трехцилиндровых соединениях, разработанных Фрэнсисом Уильямом Уэббом в 1889 году, использовался скользящий эксцентрик для управления клапаном единственного цилиндра низкого давления. В их число входили Тевтонского , Великобританского и Джона Хика классы . [3]
Один компонент движения исходит от кривошипа или эксцентрика. Другой компонент поступает из отдельного источника, обычно это траверса .
Клапанный механизм Walscharts - наиболее распространенный клапанный механизм на более поздних локомотивах, обычно устанавливаемый снаружи. Также известен как клапанный механизм Heusinger.
Клапанный механизм Дили - установлен на нескольких экспресс-локомотивах на Мидлендской железной дороге . Комбинированные рычаги приводились в движение, как обычно, от крейцкопфов. Каждое расширительное звено приводилось от траверсы на противоположной стороне двигателя.
Молодой клапанный механизм - использовал движение штока поршня на одной стороне локомотива для привода клапанного механизма на другой стороне. Похож на механизм Дили, но с различиями в деталях.
Джеймс Томпсон Маршалл, похоже, разработал как минимум две разные модификации снаряжения Вальшерта.
Один был относительно традиционным.
Другой был очень сложным и имел отдельные клапаны сверху цилиндра (для впуска) и под цилиндром (для выпуска). После смерти изобретателя эта передача была экспериментально установлена на локомотив Н-класса Южной железной дороги № 1850, работы длились с 16 октября 1933 г. по 3 февраля 1934 г.; но 22 марта 1934 года это не удалось. Поскольку изобретатель не смог изменить конструкцию, в период с 24 марта по 11 апреля 1934 года клапанный механизм был заменен стандартным механизмом Вальшерта. [4]
Запатентованный клапанный механизм Исааксона - модифицированный механизм Вальшерта, запатентованный в 1907 году Рупертом Джоном Исааксоном и другими, патент №. GB190727899, опубликовано 13 августа 1908 г. [5] на Он был установлен 2-6-0T Blackpool (построен в 1909 году) и на Midland Railway № 382 в 1910–11 годах. [6] Исааксон также имеет патент (GB126203, опубликован 8 мая 1919 г.) на улучшенный лубрикатор с прямой подачей. Это было запатентовано совместно с его представителем Изабель Харт Кокс. [7]
Soo Line 346 в 1961 году: рычаг Кинкан-Рипкен на шатуне в правом краю изображения. Клапанный механизм Кингана-Рипкена . Это передача типа Вальшерта, в которой комбинированный рычаг соединен с рычагом шатуна рядом с его малым концом, а не с крейцкопфом. Запатентован в Канаде Джеймсом Б. Кинганом и Хьюго Ф. Рипкеном, патент CA 204805, выдан 12 октября 1920 года. [8] Эта передача была установлена на некоторых локомотивах Миннеаполиса , Сент-Пола и Су-Сент. Мари Железная дорога («Линия Су»); [9] Хьюго Рипкен работал мастером в магазине Shoreham Shops компании Soo Line в Миннеаполисе. [10]
Клапанный механизм Стефенсона. Два эксцентрика с разностью фаз почти 180 градусов приводят в действие кривошипы от главного приводного вала. Любой из них можно выбрать для работы золотника клапана путем смещения звена расширения с прорезью.
Два эксцентрика, соединенные изогнутым или прямым звеном. Простое устройство, которое хорошо работает на низкой скорости. Говорят, что на высокой скорости передача типа Walscharts обеспечивает лучшее распределение пара и более высокий КПД.
Оба компонента движения происходят от одного кривошипа или эксцентрика. Проблема с этим устройством (применительно к локомотивам) заключается в том, что на один из компонентов движения влияет подъем и падение локомотива на его пружинах. Это, вероятно, объясняет, почему в железнодорожной практике радиальные шестерни были в значительной степени вытеснены шестернями типа Вальшертса, но продолжали использоваться в тяговых и судовых двигателях.
Клапанный механизм Маршалла — модифицированный механизм Хакворта, запатентованный в 1879 году компанией Marshall, Sons & Co. Современное применение — миниатюрный локомотив Badger . [11]
Южный клапанный механизм - недолгое время был популярен в Соединенных Штатах примерно в 1920 году. Он имел элементы модели Бейкера, но обходился без комбинированного рычага Вальшартса.
Они позволяют построить 3-цилиндровый или 4-цилиндровый локомотив только с двумя комплектами клапанного механизма. Наиболее известен сопряженный клапанный механизм Гресли , используемый на 3-цилиндровых локомотивах. Шестерня Walscharts обычно используется для двух внешних цилиндров. Два рычага, соединенные со стержнями клапана внешнего цилиндра, приводят в движение клапан внутреннего цилиндра. Гарольд Холкрофт разработал другой метод сопряжения клапанного механизма, соединив средний цилиндр с узлом комбинированного рычага внешнего цилиндра, создав производную клапанную передачу Холкрофта . На 4-цилиндровом локомотиве устройство проще. Клапанный механизм может находиться внутри или снаружи, и для соединения клапанов на внутреннем и внешнем цилиндрах необходимы только короткие качающиеся валы.
В больших стационарных двигателях часто использовалась усовершенствованная форма клапанного механизма, разработанная Джорджем Генри Корлиссом, обычно называемая клапанным механизмом Корлисса . В этом механизме использовались отдельные клапаны для впуска и выпуска, чтобы можно было точно контролировать отсечку на впуске. Использование отдельных клапанов и каналов для впуска и выпуска пара также значительно снизило потери, связанные с конденсацией и повторным испарением в цилиндре. Эти функции привели к значительному повышению эффективности.
Направление движения и отсечка локомотива задаются из кабины с помощью реверсивного рычага или винтового реверсора, приводящего в действие тягу, идущую к собственно клапанному механизму. В некоторых более крупных паровых двигателях используется реверс мощности, представляющий собой сервомеханизм , обычно приводимый в движение паром. управление задней передачей Это облегчает водителю .
^ Брэдли, Д.Л. (апрель 1980 г.) [1961]. История локомотивов Юго-Восточной и Чатемской железной дороги (2-е изд.). Лондон: RCTS . п. 93. ИСБН 0-901115-49-5 .
Arc.Ask3.Ru Номер скриншота №: 1924e1c6d8c1e3e69bc5a6b64a90c5a3__1719263580 URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/19/a3/1924e1c6d8c1e3e69bc5a6b64a90c5a3.html Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1: Valve gear - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)
