Поршневый клапан (паровой двигатель)

Поршневые клапаны являются одной из форм клапана , используемой для управления потоком пар в паровом двигателе или локомотиве . Они контролируют вход пар в цилиндры и его последующее утомительное, что позволяет локомотиву двигаться под собственной силой. Клапан состоит из двух поршневых головок на общем шпинделе, перемещающегося внутри паровой сундуки, которая по сути представляет собой мини-цилиндр, расположенный либо над или ниже основных цилиндров локомотива.

Обзор

В 19 -м веке паровые локомотивы использовали слайдные клапаны , чтобы контролировать поток пара в и из них из цилиндров . В 20 -м веке слайд -клапаны постепенно заменяли поршневыми клапанами, особенно в двигателях с использованием перегретого пар. Было две причины для этого:

Трудно смазать слайдные клапаны адекватно в присутствии перегретого пар
С поршневыми клапанами паровые проходы могут быть короче. Это, особенно после работы Андре Чапелона , снижает сопротивление потоку пара и повышает эффективность

Обычные локомотивные шестерни, такие как Стивенсон , Walschaerts и Baker Gear , могут использоваться либо с предметными клапанами или поршневыми клапанами. Там, где клапаны спетки используются , может использоваться другая передача, такая как шестерна клапана Caprotti , хотя стандартные шестерни, как упомянуто выше, также использовались, Chapelon и другими.

Большинство поршневых клапанов имеют тип «внутренний вход», где из котла вводится свежий пара через пространство между двумя поршневыми головками клапана, и листья выхлопного пара через пространство между поршней и концом пара Полем Преимущество этого расположения состоит в том, что утечка через железу, которая герметизирует паровой сундук от рабочего стержня шестерни клапана, гораздо меньше проблемой, когда железа подвергается низкому давлению выхлопа, а не на полном давлении котла. Bulleid Тем не менее, некоторые локомотивы, такие как класс Торгового военно-морского флота , использовали «внешнее поступление», где было правдой, в случае Bulleid из-за необычного расположения шестерни, управляемой цепью.

Примеры

Сваннингтонский двигатель наклонного наклона на железной дороге Лестер и Своннингтон , изготовленный компанией Horsely Coal & Iron в 1833 году, показывает очень раннее использование поршневого клапана. ^{[ 1 ]} Поршневые клапаны использовались год или два ранее в горизонтальных двигателях, изготовленных Taylor & Martineau of London, но не стали общими для стационарных или локомотивных двигателей до конца 19 -го века. ^{[ 2 ]}

Принципы дизайна

При перемещении, паровозамируемому локомотиву требуется вход в цилиндр в точное время по сравнению с положением поршня. ^{[ 3 ]} Это влечет за собой контроль над домом и выхлопной точкой пар в цилиндрах и обратно с клапаном, связанным с движением поршня. ^{[ 3 ]}

Для сроков и размерности слайд или поршневых клапанов, где клапан открывает и закрывает паровые и выхлопные порты, требуется рассмотрение «круга» и «свинца».

Колени

Круп - это количество, на которое клапан перекрывает каждый порт в среднем положении каждого клапана. ^{[ 3 ]} Есть два разных типа круга.

Первым видом является паровой круг, который представляет собой сумму, на котором клапан перекрывает паровой порт на прямой паровой стороне поршня или складного клапана (то есть расстояние, которое необходимо перемещать клапан, чтобы начать раскрыть порт). ^{[ 3 ]}

Во -вторых, выхлопная круга, которое представляет собой количество, на которое клапан перекрывает выпускной порт на вытяжной стороне поршня или накладного клапана. Выхлоп, как правило, передается медленным локомотивам. ^{[ 3 ]} Это связано с тем, что он позволяет пар оставаться в цилиндре в течение самых длинных времен, прежде чем тратить в качестве выхлопа, что повышает эффективность. ^{[ 3 ]} Шунтер локомотивы, как правило, были оснащены этим дополнением.

Отрицательный выпускной круг, также широко известный как зазор выхлопных газов, представляет собой количество, которое порт открыт для выхлопных газов, когда клапан находится в среднем положении, и используется на многих быстрых локомотивах для получения свободного выхлопа. ^{[ 3 ]} Цилиндр с обеих сторон поршня открыт для выхлопных газов в то же время, когда клапан проходит через среднюю позицию, которая является только мгновенной при беге. ^{[ 3 ]}

Вести

Свинец - это сумма, по которой порт открыт, когда поршень находится спереди или сзади «мертвый центр». ^{[ 3 ]} В случае парового порта это позволяет принять пара для заполнения пространства зазор между цилиндром и поршнем и обеспечивает максимальное давление цилиндра до начала хода. ^{[ 3 ]} Это и подушки, и помогают массе поршня замедляться и менять направление. На медленных скоростях нет лидерства идеально. Для двигателей с поршнями 24 дюйма плюс и массы более 5 килограммов и давлением менее 500 фунтов на квадратный дюйм, тогда полезно подушка. Свинец необходим для локомотивов, предназначенных для высоких скоростей. ^{[ 3 ]}

Расчет событий клапана

Учитывая колен клапана, свинец и перемещение, в какой момент в ходу поршня открывается и закрывается клапан, чтобы пара и исчерпывать?

Расчет точного ответа на этот вопрос до компьютеров был слишком большой работой. Легкое приближение (используемое в диаграммах Zeuner и Realeaux ) состоит в том, чтобы притворяться, что как клапан, так и поршень имеют движение синусоидальной волны (как бы они были бы, если бы главный стержень были бесконечно длинными). Затем, например, чтобы рассчитать процент удара поршня, при котором вступление в пар отключено:

Рассчитайте угол, косинус которой вдвое превышает круг, разделенный на перемещение клапана
Рассчитайте угол, косинус которой вдвое больше (LAP PROD PROD), разделенного на перемещение клапана

Добавьте два угла и возьмите косинус их суммы; Вычтите 1 из этого косинуса и умножьте результат на -50.

В качестве построенного Пенсильвании I1S в 2-10-0 имел 2-дюймовые круги 2 дюйма, свинец 1/4 дюйма и перемещение клапана 6 дюймов в полной передаче. В полной передаче два угла составляют 48,19 градусов и 41,41 град, а максимальное отсечение выходит 49,65% от хода поршня.

Смотрите также

Ссылки

^ Clinker, CR (1977). Железная дорога Leicester & Swannington Bristol: Avon Anglia Publications & Services. Перепечатано из транзакций Лестерширского археологического общества том XXX, 1954.
^ Информационная табличка на двигателе Сваннингтон, Национальный железнодорожный музей , Йорк .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон ^глин ^час ^я ^Дж ^k Garratt, C. & Wade-Matthews, M.: Ultimate Encyclopedia of Steam & Rail (London: Hermes Publishing Company, Ltd., 1998) ISBN 1-84038-088-8

[1] Clinker, CR (1977). Железная дорога Leicester & Swannington Bristol: Avon Anglia Publications & Services. Перепечатано из транзакций Лестерширского археологического общества том XXX, 1954.

[2] Информационная табличка на двигателе Сваннингтон, Национальный железнодорожный музей , Йорк .

[Garratt,C-3] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон ^глин ^час ^я ^Дж ^k Garratt, C. & Wade-Matthews, M.: Ultimate Encyclopedia of Steam & Rail (London: Hermes Publishing Company, Ltd., 1998) ISBN 1-84038-088-8

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]