Расширительный клапан (паровая машина)

Расширительный клапан - это устройство в клапанном механизме паровой машины , которое повышает эффективность двигателя. Он работает, перекрывая подачу пара раньше, чем поршень прошел свой полный ход. Эта отсечка позволяет пару затем расширяться внутри цилиндра. [1] Этого расширяющегося пара все еще достаточно, чтобы привести в движение поршень, даже если его давление уменьшается по мере его расширения. [i] Поскольку за более короткое время, в течение которого клапан открыт, подается меньше пара, использование расширительного клапана снижает потребление пара и, следовательно, требуемое топливо. [2] Двигатель (по цифрам 1875 г.) может производить две трети работы только за одну треть пара.[2]

Расширительный клапан - это вторичный клапан в паровой машине. Они представляют собой промежуточный этап между паровыми двигателями с нерасширяющейся рабочей частью и более поздними клапанными механизмами, которые могли обеспечивать расширение за счет управления движением одного клапана.

Расширительные клапаны использовались для стационарных двигателей и судовых двигателей . [1] Они не использовались для локомотивов, хотя экспансивная работа была достигнута за счет использования более поздних шестерен с регулируемым расширительным клапаном.

Давление расширенного пара меньше, чем у пара, поступающего непосредственно из котла. Таким образом, двигатель, работающий с расширительным клапаном, настроенным на раннее отключение, менее мощный, чем с полностью открытым клапаном. Соответственно, двигатель теперь должен приводиться в движение , чтобы клапан регулировался вручную по мере изменения нагрузки на двигатель. Двигатель, работающий с малой нагрузкой, может эффективно работать с ранним отключением, двигатель с большой нагрузкой может потребовать более длительного отключения и затрат на большее потребление пара.

Когда Тревитик поставил свой двигатель 1801 года [ii] для прокатного стана на Tredegar Iron Works , [3] двигатель был более мощным, когда работал без расширения, и Сэмюэл Хомфрей , мастер по производству железа, предпочитал использовать дополнительную мощность, несмотря на потенциальную экономию на затратах на уголь. [4]

Решетчатый клапан [5] был одной из первых форм расширительного клапана . [1] Решетчатый клапан представляет собой конструкцию из двух пластин с перекрывающимися планками. Одна пластина может двигаться так, что ее планки перекрываются либо с планками другой пластины, либо с прорезями между ними, таким образом, открываясь или закрываясь. Его преимущества заключаются в относительно большом открытии (до половины общей площади) и быстром открытии, поскольку для перехода от полностью открытого к полностью закрытому требуется переместить только одну ширину ламели. Его недостаток в том, что они плохо герметизируются. Из-за короткого пути срабатывания решетчатого клапана их фазы газораспределения будут относительно неточными, если они используются с эксцентриком.или похожие. Некоторые большие паровые двигатели позже использовали их в качестве первичных клапанов, либо в качестве выпускных клапанов для цилиндров низкого давления [6] , либо в качестве впускных клапанов в сочетании с расцепляющим [7] или кулачковым механизмом клапана . [8] [iii]

Кросс-компаундный двигатель с расширительным клапаном (вверху) на цилиндре высокого давления
Индикаторная диаграмма, показывающая давление пара при движении поршня
Независимый решетчатый клапан с обычным золотниковым клапаном
Эксцентриковое соединение с переменным передаточным числом для привода расширительного клапана решетки.
Лучевой двигатель Гимсона с расширительным клапаном Мейера.