Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Схема цилиндра и поршневого клапана. Затем клапан открывается, перемещая его вправо, чтобы свободное пространство в середине клапана совпадало с каналом в цилиндре над ним.

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 [ править ]

В 19 веке паровозы использовали золотниковые клапаны для управления потоком пара в цилиндры и из них . В 20-м веке золотниковые клапаны постепенно вытеснялись поршневыми, особенно в двигателях, использующих перегретый пар. На то было две причины:

  • Трудно правильно смазать золотниковые клапаны в присутствии перегретого пара.
  • С помощью поршневых клапанов проходы для пара можно сделать короче. Это, в частности, следуя работе 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 зубчатые колеса, 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 [ править ]

Swannington наклона обмотки двигателя 1833 включены поршневой клапан

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. [1] 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 19 века. [2]

Принципы дизайна [ править ]

Диаграмма, показывающая нахлест и шаг и их отношение к ходу клапана

В движении паровозу требуется, чтобы пар поступал в цилиндр с контролируемой скоростью. [3] Это влечет за собой контроль впуска и выпуска пара в цилиндры и из них. [3] Пар входит в клапан и выходит из него через отверстие для пара, обычно в среднем положении поршневого клапана . [3] Если клапан находится в контакте с отверстиями для пара, необходимо учитывать «нахлест» и «шаг».

Круг [ править ]

Lap - это величина, на которую клапан перекрывает каждое отверстие для пара в среднем положении каждого клапана. [3] Однако есть два разных типа кругов.

Первый тип - это перекрытие пара, то есть величина, на которую клапан перекрывает отверстие на стороне острого пара поршня клапана (то есть расстояние, на которое клапан должен пройти, чтобы только начать открывать отверстие). [3] Во- вторых, есть отработанный круг, который является величина , на которую клапан перекрывает отверстие на выпускном стороне поршня клапана. Вытяжной круг обычно отводится тихоходным локомотивам. [3] 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, что увеличивает эффективность. [3] маневровые локомотивы, как правило, оснащались этим дополнением.

Отрицательный выхлопной зазор, также известный как выхлопной зазор, представляет собой величину, на которую порт открыт для выпуска, когда клапан находится в среднем положении, и это используется на многих быстроходных локомотивах для обеспечения свободного выхлопа. [3] Величина редко превышает 1/16 дюйма, если указан выхлопной зазор; Цилиндр по обеим сторонам поршня открыт для выпуска одновременно, когда клапан проходит через среднее положение, которое является кратковременным при работе. [3]

Свинец [ править ]

Свинец - это количество, на которое открывается паровой порт, когда поршень статичен в передней или задней мертвой точке. [3] Предварительный впуск пара заполняет зазор между цилиндром и поршнем и обеспечивает максимальное давление в цилиндре в начале хода. [3]Критерии проектирования заключаются в том, чтобы как амортизировать, так и способствовать замедлению массы поршня и изменению направления, а также достижению максимального давления того же значения, что и входящий пар. На малых скоростях не идеальный вариант. Для диаметров поршня и хода поршня 75 мм не требуется, чтобы амортизировать массу пистолета, особенно при скорости менее 200 об / мин. Для двигателей с поршнями более 24 дюймов, массой более 5 кг и давлением менее 500 фунтов на квадратный дюйм амортизация полезна. Источник P Пелландин; Источник Pelland Engineering. Свинец особенно необходим в локомотивах, рассчитанных на высокие скорости, при которых срабатывания клапана происходят в быстрой последовательности. [3]

Ход клапана [ править ]

Поршневые клапаны с большим ходом позволяют использовать большие паровые порты для облегчения потока пара в цилиндр и из него.

Расчет событий клапана [ править ]

Учитывая прихлест, шаг и ход клапана, в какой момент хода поршня клапан открывается и закрывается, для пара и выпуска?

Вычислить точный ответ на этот вопрос до того, как компьютеры были слишком трудоемкими. Простое приближение (используемое в диаграммах Цойнера 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.

См. Также [ править ]

  • Слайд клапан
  • Компоненты паровоза
  • Шестерня клапана

Ссылки [ править ]

  1. ^ Клинкер, CR (1977) Лестер и Swannington Железнодорожное Бристоль: Avon Anglia Публикации и услуги. Перепечатано из Трудов Лестерширского археологического общества, том XXX, 1954 г.
  2. Информационная табличка на локомотиве Swannington, Национальный железнодорожный музей , Йорк .
  3. ^ a b c d e f g h i j k l Garratt, C. & Wade-Matthews, M .: The Ultimate Encyclopedia of Steam & Rail (Лондон: Hermes Publishing Company, Ltd., 1998) ISBN  1-84038-088 -8