Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Клапанный механизм Walschaerts на паровоз (а ПРР E6s ).

Клапанный механизм из парового двигателя является механизмом , который приводит в действие впускных и выпускных клапанов , чтобы допустить пар в цилиндр и позволить отработавший пар бежать, соответственно, в правильных точках цикла. Он также может служить в качестве реверсивной передачи . Иногда это называют «движением».

Цель [ править ]

В простом случае это может быть относительно простая задача, как в двигателе внутреннего сгорания, в котором клапаны всегда открываются и закрываются в одних и тех же точках. Однако это не идеальное расположение для парового двигателя, поскольку наибольшая мощность достигается за счет удерживания впускного клапана открытым во время рабочего хода (таким образом, обеспечивая полное давление в котле за вычетом потерь при передаче по отношению к поршню на протяжении всего хода), в то время как максимальная эффективность достигается достигается только за счет открытия впускного клапана на короткое время и последующего расширения пара в цилиндре (работа с расширением).

Точка, в которой пар перестает поступать в цилиндр, называется отсечкой , и оптимальное положение для этого изменяется в зависимости от выполняемой работы и желаемого компромисса между мощностью и эффективностью. Паровые двигатели оснащены регуляторами ( дросселями на языке США) для изменения ограничения потока пара, но регулирование мощности с помощью настройки отсечки обычно предпочтительнее, поскольку это позволяет более эффективно использовать пар котла.

Дополнительное преимущество может быть получено путем впуска пара в цилиндр перед передней или задней мертвой точкой . Этот продвинутый впуск (также известный как свинцовый пар ) помогает смягчить инерцию движения на высокой скорости.

В двигателе внутреннего сгорания эта задача выполняется кулачками на распределительном валу, приводящем в движение тарельчатые клапаны , но это устройство обычно не используется с паровыми двигателями, отчасти потому, что достижение переменной синхронизации двигателя с помощью кулачков сложно. Вместо этого обычно используется система эксцентриков , кривошипов и рычагов для управления золотниковым клапаном D или поршневым клапаном от движения. Как правило, два простых гармонических движения с разными фиксированными фазовыми углами складываются в различных пропорциях, чтобы обеспечить выходное движение, которое может изменяться по фазе и амплитуде. За прошедшие годы с переменным успехом было разработано множество таких механизмов.

Как золотниковые, так и поршневые клапаны имеют ограничение, заключающееся в том, что события впуска и выпуска фиксируются относительно друг друга и не могут быть оптимизированы независимо друг от друга. На кромках парового клапана предусмотрен притир, поэтому, хотя ход клапана уменьшается по мере продвижения отсечки, клапан всегда полностью открыт для выпуска. Однако по мере того, как отсечка сокращается, события выхлопа также увеличиваются. Точка выпуска выхлопа наступает раньше во время рабочего такта, а сжатие раньше во время такта выпуска. При раннем выпуске расходуется часть энергии пара, а при раннем закрытии также расходуется энергия на сжатие излишне большого количества пара. Другой эффект раннего отключения заключается в том, что клапан движется довольно медленно в точке отсечки, и это создает точку сужения, заставляющую пар входить в цилиндр при давлении ниже полного котла (так называемое «`` волочение проволоки '' пара, названное в честь процесса изготовления металлической проволоки путем протягивания ее через отверстие), еще один расточительный термодинамический эффект, видимый наиндикаторная диаграмма .

Эта неэффективность привела к широкому распространению экспериментов с шестернями с тарельчатыми клапанами для локомотивов. Впускные и выпускные тарельчатые клапаны можно перемещать и управлять независимо друг от друга, что позволяет лучше контролировать цикл. В конце концов, небольшое количество локомотивов было оснащено тарельчатыми клапанами, но они были обычным явлением в паровозах и грузовиках, например, практически все грузовики, локомотивы и железнодорожные вагоны Sentinel использовали тарельчатые клапаны. В очень поздней британской конструкции класса SR Leader использовались золотниковые клапаны, адаптированные от двигателей внутреннего сгорания, но этот класс не имел успеха.

В стационарных паровых двигателях , тяговых двигателях и в практике судовых двигателей недостатки клапанов и клапанных механизмов были среди факторов, которые привели к сложному расширению . В стационарных двигателях также широко применялись запорные клапаны .

Конструкции клапанного механизма [ править ]

Клапанный механизм был плодородной областью изобретений, и за эти годы было разработано, вероятно, несколько сотен вариаций. Однако лишь небольшое количество из них получили широкое распространение. Их можно разделить на те, которые приводят в действие стандартные возвратно-поступательные клапаны (будь то поршневые или золотниковые), те, которые используются с тарельчатыми клапанами, и стационарные отключающие механизмы двигателя, используемые с полуповоротными клапанами Corliss или отводными клапанами . [1]

Шестерни поршневого клапана [ править ]

Ранние типы [ править ]

  • Скользящий эксцентрик - эта передача теперь предназначена только для моделей паровых двигателей и маломощных хобби-приложений, таких как паровые стартовые двигатели, мощностью до нескольких лошадиных сил. Эксцентрик болтается на коленчатом валу, но есть упоры, ограничивающие его вращение относительно коленчатого вала. Установка эксцентрика в положение прямого и обратного хода может быть выполнено вручную, вращая эксцентрик на остановленном двигателе, или для многих двигателей, просто поворачивая двигатель в желаемом направлении вращения, где эксцентрик затем позиционируется автоматически. Двигатель толкается вперед, чтобы перевести эксцентрик в положение передачи переднего хода, и назад, чтобы перевести его в положение передачи заднего хода. Нет никакого переменного контроля отсечки. [2] На Лондонской и Северо-Западной железной дороге.В некоторых трехцилиндровых соединениях, разработанных Фрэнсисом Уильямом Уэббом в 1889 году, использовался эксцентрик скольжения для управления клапаном единственного цилиндра низкого давления. К ним относятся классы Тевтонского языка , Великой Британии и Джона Хика . [3]
  • Габ или крюковая передача - использовалась на самых первых локомотивах. Разрешено реверсирование, но нет контроля отсечки.

Связать шестерни [ править ]

Шестерня с постоянным шагом (передача типа Уолшартса) [ править ]

Один компонент движения исходит от кривошипа или эксцентрика. Другой компонент поступает из отдельного источника, обычно это крейцкопф .

  • Клапанная передача Walschaerts или Heusinger - наиболее распространенная клапанная передача на более поздних локомотивах, обычно устанавливаемая снаружи.
  • Клапанный механизм Дили - установлен на нескольких локомотивах скоростной железной дороги Мидленд . Комбинированные рычаги приводились в движение, как обычно, от крейцкопфов. Каждое расширительное звено приводилось в движение траверсой на противоположной стороне двигателя.
  • Молодая клапанная шестерня - использовала движение штока поршня на одной стороне локомотива для привода клапанной шестерни на другой стороне. Подобно снаряжению Дили, но с отличиями в деталях.
  • Редуктор клапана Baguley - используется WG Bagnall .
  • Клапан Bagnall-Price - вариант клапана Walschaerts, используемый WG Bagnall . Это снаряжение установлено на Bagnall 3023 и 3050, которые сохранились на Уэльской высокогорной железной дороге .
  • Джеймс Томпсон Маршалл, похоже, разработал как минимум две различные модификации снаряжения Walschaerts.
    • Один был относительно обычным.
    • Другой был очень сложным и управлял отдельными клапанами сверху цилиндра (для впуска) и под цилиндром (для выпуска). После смерти изобретателя эта передача была экспериментально установлена ​​на локомотив № 1850 южной железной дороги класса N , работа велась с 16 октября 1933 года по 3 февраля 1934 года; но он потерпел неудачу 22 марта 1934 года. Поскольку изобретатель не смог изменить конструкцию, клапанный механизм был заменен стандартным механизмом Walschaerts в период с 24 марта по 11 апреля 1934 года [4].
  • Запатентованный Исааксон клапанный механизм - модифицированный механизм Уолшартса, запатентованный в 1907 году Рупертом Джоном Исааксоном и другими, патент № GB190727899, опубликовано 13 августа 1908 г. [5] Он устанавливался на 2-6-0T Blackpool компании Garstang and Knot-End Railway (построенный в 1909 г.) и на Midland Railway № 382 в течение 1910–11 гг. [6] Айзексон также имеет патент (GB126203, опубликованный 8 мая 1919 г.) на улучшенный лубрикатор с подающей прицелом. Это было запатентовано совместно с его представителем Исабель Харт Кокс. [7]
  • Линия Су 346 в 1961 году, показывающая руку Кинкана-Рипкена на шатуне на правом краю изображения.
    Клапанный редуктор Kingan-Ripken . Это шестерня типа Walschaerts, в которой комбинированный рычаг соединен с рычагом на шатуне рядом с его узким концом, а не с крейцкопфом. Запатентовано в Канаде Джеймсом Б. Кинганом и Хьюго Ф. Рипкеном, патент CA 204805, выдан 12 октября 1920 г. [8] Это шасси было установлено на некоторых локомотивах Миннеаполиса, Сент-Пола и Солт-Сент. Мари Рэйлэй («Су Лайн»); [9] Хьюго Рипкен работал мастером в Shoreham Shops в Soo Line в Миннеаполисе. [10]
Двойная эксцентриковая шестерня (шестерни типа Стефенсона) [ править ]
Клапанный механизм Стивенсона. Два эксцентрика с разностью фаз почти на 180 градусов работают кривошипами от главного приводного вала. Любой из них может быть выбран для работы золотника клапана путем смещения щелевого расширительного звена.

Два эксцентрика, соединенные изогнутым или прямым звеном. Простое устройство, которое хорошо работает на низкой скорости. Говорят, что на высокой скорости шестерня типа Walschaerts обеспечивает лучшее распределение пара и более высокую эффективность.

  • Клапанная передача Стефенсона - наиболее распространенная клапанная передача в 19 веке, обычно внутри рамы локомотива .
  • Клапанный механизм Уильяма Т. Джеймса 1832 года, впервые использованный железной дорогой Балтимора и Огайо , США.
  • Шестерня клапана Аллана, редуктор клапана прямой связи. Приспособлен к 0-4-0WT «Долгоч», сохранившемуся на Талиллинской железной дороге .
  • Гуч клапанный редуктор

Рычаг и звено (типа Бейкера) [ править ]

Узел редуктора клапана Бейкера
  • Клапан Бейкера - довольно распространенный в США, не имел скользящих частей.

Радиальные шестерни [ править ]

Оба компонента движения происходят от одного кривошипа или эксцентрика. Проблема с этим устройством (применительно к локомотивам) состоит в том, что на один из компонентов движения влияет подъем и опускание локомотива на его пружинах. Это, вероятно, объясняет, почему радиальные шестерни были в значительной степени вытеснены шестернями типа Walschaerts в железнодорожной практике, но продолжали использоваться в тяговых и судовых двигателях.

  • Клапанный механизм Хакворта изобретен Джоном Уэсли Хаквортом в 1859 году.
  • Редуктор клапана Joy - конструкция, широко используемая на моделях L&YR и LNWR в Англии и других странах. Сохранившийся пример - номер класса 49395 LNWR G2a .
  • Механизм клапана Маршалла - модифицированный механизм Хакворта, запатентованный в 1879 году компанией Marshall, Sons & Co. Современное применение - миниатюрный локомотив Badger . [11]
  • Клапанный механизм коричневого цвета - изобретен Чарльзом Брауном (1827–1905), отцом Чарльза Юджина Ланселота Брауна . [12] Это снаряжение использовалось железными дорогами Corpet-Louvet и Duffield Bank .
  • Южный клапанный механизм - кратковременно популярный в Соединенных Штатах примерно в 1920 году. Он имел элементы узоров Бейкера, но без комбинированного рычага Уолшартса.

Шестерни тарельчатого клапана [ править ]

  • Caprotti клапанный механизм , британский Caprotti клапанный механизм
  • Хьюго Ленц , шестерня клапана с качающимся кулачком, шестерня с поворотным кулачком
  • Редуктор с качающимся кулачком Franklin
  • Редуктор с поворотным кулачком Franklin
  • Редуктор клапана Рейдингера

Сопрягающие шестерни [ править ]

Вид сопряженного клапанного редуктора Henschel & Son, используемого на локомотиве класса H Викторианской железной дороги , с приводом от внешнего клапана Walschaerts

Это позволяет построить 3-цилиндровый или 4-цилиндровый локомотив только с двумя наборами клапанного механизма. Самым известным из них является сопряженный клапанный механизм Гресли , используемый на 3-цилиндровых локомотивах. Шестерня Walschaerts обычно используется для двух внешних цилиндров. Два рычага, соединенные со стержнями клапана внешнего цилиндра, приводят в действие клапан внутреннего цилиндра. Гарольд Холкрофт изобрел другой метод сопряжения клапанного механизма, соединив средний цилиндр с узлом комбинированного рычага внешнего цилиндра, создав производное клапанного механизма Холкрофта . На 4-цилиндровом тепловозе устройство проще. Механизм клапана может быть внутри или снаружи, и для соединения клапанов на внутреннем и внешнем цилиндрах необходимы только короткие качающиеся валы.

Клапан Bulleid с цепным приводом [ править ]

См. Редуктор клапана Bulleid с цепным приводом.

Редуктор клапана Корлисса [ править ]

В больших стационарных двигателях часто использовалась усовершенствованная форма клапанной передачи, разработанная Джорджем Генри Корлиссом, обычно называемая клапанной передачей Корлисса . В этой передаче использовались отдельные клапаны для впуска и выпуска, чтобы можно было точно контролировать отсечку впуска. 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.

Power reverse [ править ]

Некоторые более крупные паровые двигатели используют реверс мощности, который представляет собой сервомеханизм , обычно приводимый в действие паром. Это облегчает водителю управление приводом клапана.

См. Также [ править ]

  • Номенклатура паровозов
  • Отрезать
  • Клапан Trofimoff

Ссылки [ править ]

  1. ^ Паровоз клапанного механизма архивация 5 января 2012 в Wayback Machine анимация из Стивенсона, Walschaerts', Бейкер, Южный и Янг клапанного механизма. SteamLocomotive.com, по состоянию на 1 сентября 2014 г.
  2. ^ "Редуктор с эксцентриковым клапаном" . Roundhouse-eng.com. Архивировано 27 апреля 2012 года . Проверено 2 декабря 2012 года .
  3. ^ Ван Riemsdijk, JT (1994). Составные локомотивы: международный обзор . Пенрин: Атлантические транспортные издательства. С. 23–24. ISBN 0-906899-61-3.
  4. ^ Брэдли, DL (апрель 1980 г.) [1961]. История локомотивов Юго-Восточной и Чатемской железной дороги (2-е изд.). Лондон: RCTS . п. 93. ISBN 0-901115-49-5.
  5. ^ «Espacenet - Библиографические данные» . Worldwide.espacenet.com . Проверено 12 января 2013 года .
  6. ^ "Краткие биографии инженеров-механиков" . Steamindex.com. Архивировано 13 февраля 2004 года . Проверено 12 января 2013 года .
  7. ^ «Espacenet - Библиографические данные» . Worldwide.espacenet.com . Проверено 12 января 2013 года .
  8. ^ «CIPO - Патент - 204805» . Patents.ic.gc.ca. 12 октября 1920 года архивация с оригинала на 8 марта 2014 года . Проверено 13 января 2013 года .
  9. ^ "Вестник эпохи железных дорог" . [Нью-Йорк, паб Simmons-Boardman. Co.] - через Интернет-архив.
  10. ^ Дорин, Патрик С. (1979). Линия Су . Бербанк, Калифорния: Superior Publishing Co., стр. 25. ISBN 0-87564-712-X.
  11. ^ "0-6-4 барсук" . www.martynbane.co.uk . Архивировано 4 марта 2016 года.
  12. ^ "Переписка 60" . www.irsociety.co.uk . Архивировано 4 ноября 2011 года.

Внешние ссылки [ править ]

  • Редуктор клапана ускорителя Берри .
  • Диаграммы клапанного механизма Walschaerts и клапанного механизма Stephenson, поставляемые с работающими паровыми моделями локомотивов.
  • [1] Анимация 5 клапанных шестерен Stephenson, Walschaert, Baker, Southern и Young.