Клапан расширения (паровой двигатель)

Клапан расширения - это устройство в парового двигателя шестерне клапана , которое повышает эффективность двигателя. Он работает, закрывая поставку Steam на ранней стадии, прежде чем поршень прошел полный удар. Это отсечение позволяет пар, затем расширяться в цилиндре. ^{[ 1 ]} Этот расширяющийся пара все еще достаточно для управления поршнем, даже если его давление уменьшается по мере расширения. ^{[ я ]} Поскольку в краткосрочное время поставляется меньше пар, для которого открыт клапан, использование расширительного клапана уменьшает потребляемый пара и, следовательно, требуется топливо. ^{[ 2 ]} Двигатель (на фигурах 1875 года) может обеспечить две трети работы, только для одной трети пара. ^{[ 2 ]}

Экспансивный клапан - это вторичный клапан в паровом двигателе. Они представляют собой промежуточный шаг между паровыми двигателями с неэкспонизивными работами, а более поздними клапанами, которые могут обеспечить расширение, управляя движением одного клапана.

Экспансионные клапаны использовались для стационарных двигателей и морских двигателей . ^{[ 1 ]} Они не использовались для локомотивов, хотя экспансивная работа была достигнута за счет использования более поздних переменных клапанов.

Потребность в различном расширении

Давление расширенного пара меньше, чем на пар, поставляемый непосредственно из котла. Двигатель, работающий с расширительным клапаном, установленным на раннее отсечение, поэтому менее мощный, чем с полностью открытым клапаном. Соответственно, теперь двигатель должен быть приведен , так что клапан регулируется вручную при изменении нагрузки на двигатель. Двигатель, работающий под легкой нагрузкой, может работать эффективно с ранним сокращением, двигатель под тяжелой нагрузкой может потребовать более длительного сокращения и стоимости большего потребления пар.

Когда Тревилик предоставил свой двигатель 1801 года ^{[ II ]} Для прокатного мельницы в Тредегар Железной Работы , ^{[ 3 ]} Двигатель был более мощным, когда работал без расширения, а Сэмюэл Хомфрей , Ironmaster, предпочитает использовать дополнительную энергию, несмотря на потенциальную экономию затрат на уголь ^{[ 4 ]}

Клапаны расширения грида

Гридрон клапан ^{[ 5 ]} был одной из первых форм экспансионного клапана. ^{[ 1 ]} Гридирон клапан представляет собой расположение двух пластин с перекрывающимися планками. Одна тарелка может перемещаться так, чтобы его планки перекрывали либо планки другой пластины, либо прорезь между ними, чтобы они были либо открытыми, либо закрытыми. Он имеет преимущества относительно большого отверстия (до половины общей площади) и быстрого отверстия, которое необходимо перемещать только на одну ширину слатка, чтобы измениться с полностью открытой до полностью закрытого. Его недостаток в том, что они не очень хорошо запечатывают. Из -за короткого приступального расстояния для гридиронового клапана их время клапана было бы относительно неточным при использовании с эксцентричным или аналогичным. Некоторые крупные паровые двигатели позже использовали их в качестве первичных клапанов, либо в качестве выхлопных клапанов для цилиндров LP ^{[ 6 ]} или в качестве впускных клапанов в сочетании с отключением- ^{[ 7 ]} или кулачок клапана . ^{[ 8 ]}^{[ iii ]}

Там, где в качестве вторичных клапанов используются гридироновые клапаны, они обычно устанавливались на входной стороне камеры клапана для первичного слайд -клапана. Они были обусловлены отдельной передачей клапана, обычно отдельным эксцентричным набором до основного эксцентрика. ^{[ 1 ]} При работе дополнительный аванс перемещает клапан Gridiron, чтобы применить отсечение перед основным клапаном. Чтобы варьировать расширение, которое они обеспечивают, ход эксцентричного привода может варьироваться в зависимости от регулируемой связи. Когда это регулируется до нуля, расширительный клапан остается полностью открытым, а двигатель работает без расширения. ^{[ 1 ]} Несмотря на то, что использование вторичного клапана Gridiron было ранней техникой, оно также оставалось в эксплуатации с все более сложными клапанами и приведением, на протяжении всей истории стационарных двигателей. Двигатели McIntosh и Seymour использовали одну, управляемую кулачкой и переключением, которое перемещалось периодически и стояло неподвижно, когда открыто, давая точное время и независимую корректировку каждого движения клапана. ^{[ 9 ]}

Гридироновые клапаны также использовались на спинах слайдных клапанов, в манере клапана Мейера. ^{[ 7 ]} Это был патент Джона Тернбулла Глазго в 1869 году. ^{[ 10 ]}

Мейер расширительный клапан

Самым известным дизайном экспансионного клапана был Мейер, изобретение французского инженера Жана-Жака Мейера (1804-1877), который подал заявку на патент 20 октября 1841 года. Аналогичная клапана была запатентована Джеймсом Моррисом. ^{[ 11 ]} Второй слайд -клапан покатится на задней части адаптированного основного слайд -клапана и обусловлен дополнительным эксцентричным. В клапане Мейера эффективная длина расширительного клапана ^{[ iv ]} может быть изменен с помощью маховика, пока двигатель работает. В клапане есть две головы, установленные на левой и правой нитях на стержне клапана мошенничества, так что вращение колеса перемещает головы либо вместе, либо друг от друга. ^{[ 12 ]}^{[ 13 ]} В этом расположении отсечение обычно контролируется вручную. Хотя автоматический контроль был предпринят попытку, он был слишком медленно, чтобы быть эффективным.

Двигатели, выставленные в Музее Discovery Snibston Discovery и на насосной станции Coleham, имеют расширительные клапаны Meyer. ^{[ 14 ]}

Составные двигатели

Клапаны для расширения были также установлены для составных паровых двигателей . Оба метода являются попыткой достичь большей эффективности, даже за счет большей сложности.

Это было обычным, чтобы расширительные клапаны были установлены только для цилиндра HP (высокого давления). Пар, поставляемый следующему цилиндру LP (низкого давления), уже поставляется в двигатель, поэтому для его сохранения мало пользы. Любое раннее отсечение парового входа в цилиндр LP также может представлять собой дросселирование выхлопа предыдущего цилиндра HP и снижение эффективности этого цилиндра.

составной Более поздние двигатели мельницы со сложными шестернями клапана часто устанавливали сложную передачу для цилиндра HP, сохраняя при этом более простой традиционный слайд -клапан для цилиндра LP. Примеры существовали с четырьмя различными наборами клапанов: впускные отверстия HP -клапана, выхлопные выхлопы Corliss HP и слайд -клапан LP с расширительным клапаном Meyer. ^{[ 15 ]}

Ссылка клапана передач

Разработки после отдельного клапана расширения привели к более сложным шестерням клапанов, которые могли бы достичь одной и той же цели различного впускного круга с помощью одного клапана. Первыми из них были передачи клапанов ссылок, в частности, передача клапана Link Stephenson . Это использует пару эксцентриков с механизмом скользящей связи между ними, который действует как механическое добавление устройства. Выбор промежуточных позиций обеспечивает приведение в действие клапана с эффектом увеличения отсечения. Поскольку такие передачи клапанов также предоставили, и впервые были разработаны для обращения, они широко использовались на локомотивах . Теоретически, точным эффектом является снижение перемещения клапана , а не более раннее отсечение. Это имеет эффект уменьшения общего открытия клапана, уменьшения начального питания пара и, таким образом, влияя на вытягивание проводов, а не чистое расширение. ^{[ 16 ]} Несмотря на это, снаряжение Стивенсона стало одним из двух наиболее использованных шестерни для локомотивов.

Автоматические губернаторы

«Автоматические» двигатели и, в свою очередь, высокоскоростные двигатели работают с увеличением скорости и требовали более точного контроля их скорости при различной нагрузке. Это потребовало связывания их губернатора с механизмом расширения. Ранние двигатели с . центробежным губернатором Ватта и дроссельной заслонкой становятся неэффективными при работе при низкой мощности

Губернатор Ричардсона ^{[ 17 ]} использовался для стационарных и портативных двигателей, производимых его работодателями, Robey & Co. ^{[ 18 ]} Это простая передача клапана ссылки, автоматически контролируемое центробежным губернатором . Вместо ручного управления Стивенсоном в положении блока в колебании звена, губернатор Ричардсона корректирует это в зависимости от скорости двигателя. Обычно он действовал так же, как и клапан Мейера, с двумя клапанами, управляемыми двумя эксцентриками, а губернатор Ричардсона использовал вместо ручного ручного ручного рука Мейера. ^{[ 19 ]} Это позволило избежать возникновения проводной проблемы снижения перемещения клапана Стивенсона и повышения эффективности для стационарных двигателей, которые могут работать с низкой мощностью в течение длительных периодов времени.

Типы преемников клапанов

В полностью разработанных формах высокоскоростного двигателя (примерно с 1900 года), однако, расширение контролировалось путем управления временем ^{[ v ]} одного клапана, а не отдельного расширительного клапана. Это привело к дальнейшим сложным типам клапанов, таким как клапаны спетки , часто управляемые клапанами на основе CAM, а не соединениями. ^{[ мы ]}

Увеличение использования перегрева поощряло замену слайд -клапанов поршневыми клапанами , так как их было легче смазать при повышенных рабочих температурах . Они также сделали непрактичным использовать вторичные клапаны, такие как Мейер, работающие на спинах основных клапанов. Возможно, последним новым дизайном для использования вторичного клапана в качестве расширительного клапана была локомотив железной дороги Midland , который использовал бронзовые рукава в качестве расширительных клапанов вокруг его чугунных вращающихся клапанов. ^{[ 20 ]} Эта конструкция была неудачной из -за механических проблем с дифференциальным термическим расширением двух материалов клапана. ^{[ 21 ]}

Сноски

^ Это падение давления с расширением неизбежно, согласно закону Бойла . ^{[ 2 ]}
^ Этот двигатель был одним из первых, кто использовал любое отсечение и преднамеренное расширение Steam. Однако это отсечение было фиксировано и не могло быть разнообразным, пока двигатель работал.
^ Десмодромическая шестерня , управляемая кулачками, с очень быстрыми клапанами сетки, приводимыми в половину скорости коленчатого вала, была ключевой особенностью Ferranti высокоскоростных перекрестных составных двигателей . ^{[ 8 ]}
^ Эта длина относительно расстояния между портами управляет впускным кругом клапана.
^ Поскольку это было время контролируемого клапана, а не его инсульта , он избегал некоторых недостатков дросселя Стивенсона Линка.
^ Ссылка и радиус -клапаны просты для изготовления, но имеют ограничения производительности. произвольной формы Камеры могут предлагать управление клапанами, адаптированное ближе к идеальной операции, хотя их было трудно точно изготовить, и их производительность резко ухудшилась, когда они носили. Улучшения в методах обработки, металлургии и смазки все больше предпочитают кулачки.

Ссылки

^ Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и Эверс, Генри (1875). Паро и паровой двигатель: земля и морской пехотинец . Глазго: Уильямс Коллинз. С. 78–81.
^ Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} ^в Evers (1875) , с. 51–53.
^ Hills 1989 , p. 102
^ Тревитик, Фрэнсис (1872). Жизнь Ричарда Тревитка с описанием его изобретений . Тол. II п. 132.
^ Evers (1875) , с. 73–74.
^ Southworth (1986) , p. 26
^ Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} Hills 1989 , p. 188
^ Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} Hills 1989 , с. 226–227
^ Хокинс, Неемия (1897). Новый катехизис парового двигателя . Нью -Йорк: Тео Ауль. С. 97–99 .
^ GB 3207 , опубликован 1869-11-05
^ GB 9571 , Джеймс Моррис, опубликован 1842-12-22
^ Southworth, PJM (1986). Некоторые ранние паровые двигатели . PJM Southworth. С. 4, 21–22, 24. ISBN 0-9511856-0-8 .
^ «Расширение скользящего клапана и губернаторов» . Старый инженерный дом. Архивировано из оригинала 2012-02-04 . Получено 2012-03-30 .
^ Хиллз, Ричард Л. (1989). Питание от пар . Издательство Кембриджского университета . п. 174. ISBN 0-521-45834-X .
^ Robey & Co. Двигатель 1887 года Southworth (1986) , с. 21–22, 24
^ Evers (1875) , p. 78
^ GB 14753 , Джон Ричардсон, опубликован в 1885 году
^ «Губернатор Ричардсона» . Старый инженерный дом. Архивировано из оригинала 2011-09-19 . Получено 2012-03-30 .
^ Southworth (1986) , p. 20
^ Аронс, Эл (1966). Британский паровой железнодорожный локомотив . Тол. Я, до 1925 года . Ян Аллан . п. 345.
^ Self, Douglas (8 февраля 2004 г.). «Локомотив Paget» . Loco Loco Gallery.

[3] Это падение давления с расширением неизбежно, согласно закону Бойла . ^{[ 2 ]}

[4] Этот двигатель был одним из первых, кто использовал любое отсечение и преднамеренное расширение Steam. Однако это отсечение было фиксировано и не могло быть разнообразным, пока двигатель работал.

[11] Десмодромическая шестерня , управляемая кулачками, с очень быстрыми клапанами сетки, приводимыми в половину скорости коленчатого вала, была ключевой особенностью Ferranti высокоскоростных перекрестных составных двигателей . ^{[ 8 ]}

[15] Эта длина относительно расстояния между портами управляет впускным кругом клапана.

[24] Поскольку это было время контролируемого клапана, а не его инсульта , он избегал некоторых недостатков дросселя Стивенсона Линка.

[25] Ссылка и радиус -клапаны просты для изготовления, но имеют ограничения производительности. произвольной формы Камеры могут предлагать управление клапанами, адаптированное ближе к идеальной операции, хотя их было трудно точно изготовить, и их производительность резко ухудшилась, когда они носили. Улучшения в методах обработки, металлургии и смазки все больше предпочитают кулачки.

[Evers,_Expansion_valve-1] Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и Эверс, Генри (1875). Паро и паровой двигатель: земля и морской пехотинец . Глазго: Уильямс Коллинз. С. 78–81.

[FOOTNOTEEvers187551–53-2] Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} ^в Evers (1875) , с. 51–53.

[Hills,_Power_from_Steam,_102-5] Hills 1989 , p. 102

[6] Тревитик, Фрэнсис (1872). Жизнь Ричарда Тревитка с описанием его изобретений . Тол. II п. 132.

[FOOTNOTEEvers187573–74-7] Evers (1875) , с. 73–74.

[8] Southworth (1986) , p. 26

[Hills,_Turnbull_grid-9] Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} Hills 1989 , p. 188

[Hills,_Ferranti_grid-10] Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} Hills 1989 , с. 226–227

[Hawkins,_New_Catechism_of_the_Steam_Engine-12] Хокинс, Неемия (1897). Новый катехизис парового двигателя . Нью -Йорк: Тео Ауль. С. 97–99 .

[13] GB 3207 , опубликован 1869-11-05

[14] GB 9571 , Джеймс Моррис, опубликован 1842-12-22

[16] Southworth, PJM (1986). Некоторые ранние паровые двигатели . PJM Southworth. С. 4, 21–22, 24. ISBN 0-9511856-0-8 .

[17] «Расширение скользящего клапана и губернаторов» . Старый инженерный дом. Архивировано из оригинала 2012-02-04 . Получено 2012-03-30 .

[Hills,_Power_from_Steam,_174-18] Хиллз, Ричард Л. (1989). Питание от пар . Издательство Кембриджского университета . п. 174. ISBN 0-521-45834-X .

[19] Robey & Co. Двигатель 1887 года Southworth (1986) , с. 21–22, 24

[Evers,_Stephenson_wire-drawing-20] Evers (1875) , p. 78

[21] GB 14753 , Джон Ричардсон, опубликован в 1885 году

[22] «Губернатор Ричардсона» . Старый инженерный дом. Архивировано из оригинала 2011-09-19 . Получено 2012-03-30 .

[23] Southworth (1986) , p. 20

[Ahrons,_Paget-26] Аронс, Эл (1966). Британский паровой железнодорожный локомотив . Тол. Я, до 1925 года . Ян Аллан . п. 345.

[Self,_Paget-27] Self, Douglas (8 февраля 2004 г.). «Локомотив Paget» . Loco Loco Gallery.

[ 1 ]

[ я ]

[ 2 ]

[ II ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ iii ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ iv ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ v ]

[ мы ]

[ 20 ]

[ 21 ]