Клапанный механизм
Клапанный механизм парового двигателя — это механизм, который управляет впускными и выпускными клапанами , пропуская пар в цилиндр и позволяя выхлопному пару выходить, соответственно, в правильные моменты цикла. Он также может служить реверсивным механизмом . Иногда его называют «движением».
В простом случае это может быть относительно простой задачей, как в двигателе внутреннего сгорания, в котором клапаны всегда открываются и закрываются в одних и тех же точках. Однако это не идеальная схема для парового двигателя, потому что наибольшая мощность достигается за счет того, что впускной клапан остается открытым на протяжении всего рабочего хода (таким образом, имеется полное давление в котле за вычетом потерь в трансмиссии против поршня на протяжении всего рабочего хода), в то время как максимальная эффективность достигается тем, что впускной клапан открывается только на короткое время, а затем позволяет пару расширяться в цилиндре (экспансивная работа).
Точка, в которой пар перестает поступать в цилиндр, известна как отсечка , и оптимальное положение для этого зависит от выполняемой работы и желаемого компромисса между мощностью и эффективностью. Паровые двигатели оснащены регуляторами ( дросселями на американском языке), чтобы изменять ограничение потока пара, но обычно предпочтительнее контролировать мощность с помощью настройки отсечки, поскольку это позволяет более эффективно использовать пар котла.
Еще одно преимущество может быть получено путем подачи пара в цилиндр немного раньше передней или задней мертвой точки . Этот расширенный вход (также известный как свинцовый пар ) помогает смягчить инерцию движения на высокой скорости.
В двигателе внутреннего сгорания эта задача выполняется кулачками на распределительном валу , приводящими в движение тарельчатые клапаны , но такое расположение обычно не используется с паровыми двигателями, отчасти потому, что добиться изменения фаз газораспределения с помощью кулачков сложно. Вместо этого система эксцентриков , кривошипов и рычагов обычно используется для управления золотниковым клапаном D или поршневым клапаном от движения. Как правило, два простых гармонических движения с разными фиксированными фазовыми углами добавляются в различных пропорциях, чтобы обеспечить выходное движение с переменной фазой и амплитудой. За прошедшие годы было разработано множество таких механизмов с переменным успехом.
Как золотниковые, так и поршневые клапаны имеют ограничение, заключающееся в том, что события впуска и выпуска фиксированы по отношению друг к другу и не могут быть оптимизированы независимо друг от друга. На паровых кромках клапана имеется притирка, так что, хотя ход клапана уменьшается по мере продвижения отсечки, клапан всегда полностью открыт для выпуска. Однако по мере сокращения отсечки события выхлопа также продвигаются вперед. Точка выпуска выхлопных газов возникает раньше в такте рабочего хода, а сжатие - раньше в такте выпуска. Ранний выпуск тратит впустую часть энергии пара, а раннее закрытие также тратит энергию на сжатие излишне большого количества пара. Другим эффектом преждевременной отсечки является то, что клапан перемещается довольно медленно в точке отсечки, и это создает точку сужения, заставляющую пар поступать в цилиндр при давлении ниже полного котла (называемоминдикаторная диаграмма .
.jpg/440px-Stephenson_link_motion_(Heat_Engines,_1913).jpg)
.jpg){kind=link}
