Клапан в паровой машине
Клапан в паровой машине
Обычное расположение клапанов соответствует схеме, приведенной на фиг. 23, а. В каждой полости имеется по одному впускному и выпускному клапану.
Наиболее простым является односедельный, тарельчатый клапан (фиг. 23, б), который обеспечивает хорошую плотность запирания и почти не деформируется под воздействием высоких температур.
Решающим недостатком его является неуравновешенность, кроме того, для полного своего открытия он требует большого подъема, на что затрачивается значительное усилие.
Наибольшее распространение получили многоседельные клапаны (двух- и редко четырехседельные). На фиг. 23, в представлен рисунок двух седельного клапана. Клапан представляет собой цилиндрическое тело 1, соединенное ребрами 3 со втулкой 2, в которой укреплен шток 4. Направление движения пара при открытом клапане показано стрелкой. Двухседельные клапаны являются уравновешенными, так как испытывают почти одинаковое давление со всех сторон и требуют небольшого усилия для подъема, высота подъема такого клапана меньше, чем односедельного. Опорные поверхности клапана могут выполняться горизонтальными или наклонными коническими.
Привод клапанов, т. е. подъем и опускание их в нужный момент, производится при помощи специальных механизмов’. Общее расположение привода показано на фиг. 24. Здесь мы видим в плане одноцилиндровую паровую машину. Параллельно оси цилиндра располагается распределительный вал 1, приводимый в движение от коренного вала 3 при помощи пары конических зубчатых колес 2, их передаточное отношение 1:1, так что распределительный вал делает то же число оборотов, что и коренной вал. На распределительный вал насаживаются эксцентрики, которые рычажными механизмами производят подъем и опускание клапанов.
Клапанное парораспределение имеет по сравнению с золотниковым ряд преимуществ, в частности:
1.Объем вредного пространства меньше, начальная конденсация пара благодаря раздельному впуску и выпуску также меньше. Четыре пути для пара дают возможность более широко регулировать отдельные моменты парораспределения по полостям цилиндра, вследствие чего легче, например, выравнивать степень наполнения и точно выполнять индикаторную диаграмму.
2.Закрытие каналов клапанами происходит быстро, что уменьшает мятие пара в конце впуска.
3.Значение механического к. п. д. машины выше благодаря сокращению трущихся поверхностей.
К недостаткам клапанного парораспределения следует отнести сложность приводного механизма, большие габариты машины. Машины с клапанным парораспределением дороже и требуют более квалифицированного обслуживания.
Поршневые клапаны являются одной из форм клапан используется для управления потоком пара в паровой двигатель или же локомотив. Они контролируют прием пар в цилиндры и его последующий выхлоп, позволяющий 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.
Содержание
Обзор
В 19 веке, паровозы использовал золотниковые клапаны для управления потоком пара в и из цилиндры. В 20 веке золотниковые клапаны постепенно вытеснялись поршневыми, особенно в двигателях, использующих перегретый пар. На то было две причины:
Обычные клапанные механизмы локомотива, такие как Стивенсон, Walschaerts, и Редуктор клапана Бейкера, может использоваться как с золотниковыми, так и с поршневыми клапанами. Где тарельчатые клапаны используется другая передача, например Редуктор клапана Caprotti могут использоваться, хотя стандартные шестерни, упомянутые выше, также использовались Чапелоном и другими.
Примеры
Двигатель с наклонным заводом Swannington на Железная дорога Лестера и Суоннингтона, произведенный компанией Horsely Coal & Iron в 1833 году, показывает очень раннее использование поршневого клапана. [1] Поршневые клапаны год-два назад использовались в горизонтальных двигателях производства Тейлор и Мартино Лондона, но не стал общим для стационарных или локомотивных двигателей до конца 19 века. [2]
Принципы дизайна
В движении паровозу требуется пар, чтобы войти в цилиндр с контролируемой скоростью. [3] Это влечет за собой контроль впуска и выпуска пара в цилиндры и из них. [3] Пар входит и выходит из клапана через паровой порт, обычно в среднем положении поршня клапан. [3] Если клапан соприкасается с отверстиями для пара, необходимо учитывать «нахлест» и «ввод».
Колени
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 при наличии зазора для выхлопных газов; Цилиндр с обеих сторон поршня открыт для выпуска одновременно, когда клапан проходит через среднее положение, которое является кратковременным при работе. [3]
Свинец
Клапан ход
Поршневые клапаны с длинным ходом позволяют использовать большие паровые порты для облегчения потока пара в цилиндр и из него.
Расчет событий клапана
Учитывая прихлест клапана, шаг и ход, в какой момент хода поршня клапан открывается и закрывается, чтобы выпускать пар и выпускать?
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:
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.
СОДЕРЖАНИЕ
Обзор
Примеры
Принципы дизайна
В движении паровозу требуется, чтобы пар поступал в цилиндр в точное время относительно положения поршня. Это влечет за собой управление впуском и выпуском пара в цилиндры и из них с помощью клапана, связанного с движением поршня.
Для синхронизации и определения размеров золотниковых или поршневых клапанов, где клапан открывает и закрывает отверстия для пара и выпуска, необходимо учитывать «нахлест» и «опережение».
Колени
Отрицательный выхлопной зазор, также известный как выхлопной зазор, представляет собой величину, на которую порт открыт для выхлопа, когда клапан находится в среднем положении, и используется на многих быстроходных локомотивах для обеспечения свободного выхлопа. Цилиндр по обеим сторонам поршня открыт для выпуска одновременно, когда клапан проходит через среднее положение, которое является кратковременным при работе.
Вести
Расчет событий клапана
Учитывая прихлест, шаг и ход клапана, в какой момент хода поршня клапан открывается и закрывается, чтобы выпускать пар и выпускать?
Вычислить точный ответ на этот вопрос до того, как компьютеры были слишком трудоемкими. Простое приближение (используемое в диаграммах Зойнера 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:
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.
An расширительный клапан это устройство в паровой двигатель клапанная передача что повышает эффективность двигателя. Он работает, прерывая подачу пара раньше, чем поршень совершит полный ход. Этот отрезать позволяет пару затем расширяться внутри цилиндра. [1] Этот расширяющийся пар все еще достаточно для приведения в движение поршня, даже если его давление уменьшается по мере расширения. [я] Поскольку меньше пара подается за более короткое время, в течение которого клапан открыт, использование расширительного клапана снижает потребляемый пар и, следовательно, необходимое топливо. [2] Двигатель (на фигурах 1875 г.) может выполнять две трети работы, затрачивая только одну треть пара. [2]
Расширительные клапаны использовались для стационарные двигатели и судовые двигатели. [1] Они не использовались для локомотивов, хотя обширная работа была достигнута за счет использования более поздних редукторов регулируемого расширительного клапана.
Содержание
Потребность в переменном расширении
Давление расширенного пара меньше, чем у пара, подаваемого непосредственно из котла. Таким образом, двигатель, работающий с расширительным клапаном, установленным на раннее отключение, будет менее мощным, чем с полностью открытым клапаном. Соответственно, двигатель теперь должен быть ведомый, так что клапан регулируется вручную при изменении 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 Trevithick поставил свой двигатель 1801 года [ii] для прокатный стан в Железный завод Тредегара, [3] двигатель был мощнее при работе без расширения и Сэмюэл Хомфрей, производитель железа предпочел использовать дополнительную мощность, несмотря на потенциальную экономию затрат на уголь [4]
Расширительные клапаны Gridiron
В сетка клапан [5] была одной из первых форм расширительного клапана. [1] Сеточный клапан представляет собой конструкцию из двух пластин с перекрывающимися ламелями. Одна пластина может перемещаться так, что ее ламели перекрывают либо ламели другой пластины, либо щели между ними, чтобы быть открытыми или закрытыми. Он имеет преимущества относительно большого отверстия (до половины общей площади) и быстрого открывания, поскольку для перехода от полностью открытого к полностью закрытому необходимо перемещать его только на одну ширину ламели. Его недостаток в том, что они плохо уплотняются. Из-за короткого рабочего расстояния для клапана с решетчатой арматурой их фазы газораспределения были бы относительно неточными, если бы они использовались с эксцентричный или похожие. Некоторые большие паровые двигатели позже использовали их как первичные клапаны, либо как выпускные клапаны для цилиндров низкого давления. [6] или как впускные клапаны в сочетании с путешествие- [7] или же шестерня распределительного клапана. [8] [iii]
Если клапаны Gridiron используются в качестве вторичных клапанов, они обычно устанавливаются на впускной стороне камеры клапана для первичного золотникового клапана. Они приводились в движение отдельным клапаном, обычно отдельным эксцентричный устанавливают перед главным эксцентриком. [1] Во время работы дополнительное продвижение перемещает решетчатый клапан для применения отсечки перед главным клапаном. Чтобы изменить обеспечиваемое ими расширение, ход эксцентрикового привода можно изменять с помощью регулируемого рычага. Когда он установлен на нулевой ход, расширительный клапан остается полностью открытым, и двигатель работает без расширения. [1] Хотя использование вторичного решетчатого клапана было ранней техникой, он также оставался на вооружении со все более сложными клапанами и исполнительными механизмами на протяжении всей истории стационарных двигателей. Макинтош и Сеймур двигатели использовали один, приводимый в движение кулачком и переключателем, который периодически перемещался и останавливался в открытом состоянии, обеспечивая точное время и независимую регулировку каждого движения клапана. [9]
Клапаны Gridiron также использовались на задней стороне золотниковых клапанов, подобно клапанам Мейера. [7] Это был патент Джона Тернбулла из Глазго в 1869 году. [10]
Расширительный клапан Meyer
Самой известной конструкцией расширительного клапана была конструкция Мейера, изобретение французского инженера. Жан-Жак Мейер (1804-1877), который подал заявку на патент 20 октября 1841 года. Аналогичный клапан был запатентован Джеймсом Моррисом. [11] Второй слайд клапан едет на задней части адаптированного главного золотникового клапана и приводится в действие дополнительным эксцентриком. В клапане Meyer эффективная длина расширительного клапана [iv] можно изменить с помощью маховика при работающем двигателе. Клапан имеет две головки, установленные на левой и правой резьбе на штоке клапана маховика, так что вращение колеса перемещает головки вместе или врозь. [12] [13] В этом устройстве отключение обычно контролируется вручную. Хотя была предпринята попытка автоматического управления, он был слишком медленным, чтобы быть эффективным.
Двигатели выставлены на Snibston Discovery Museum и Насосная станция Coleham есть расширительные клапаны Meyer. [14]
Составные двигатели
Расширительные клапаны также были установлены на составные паровые машины. Оба метода представляют собой попытку достичь большей эффективности, даже за счет большей сложности.
Обычно расширительные клапаны устанавливались только на цилиндр высокого давления (высокого давления). Пар, подаваемый в следующий цилиндр низкого давления (низкого давления), уже поступил в двигатель, поэтому его сохранение мало выгодно. Любое преждевременное прекращение подачи пара в цилиндр низкого давления может также означать дросселирование выхлопа предыдущего цилиндра высокого давления и снижение эффективности этого цилиндра.
Позднее соединение мельничные двигатели сложные клапанные механизмы часто устанавливали сложную передачу на цилиндр высокого давления, сохраняя при этом более простой традиционный золотниковый клапан для цилиндра низкого давления. Примеры существовали с четырьмя различными наборами клапанов: впускными клапанами высокого давления, выпускными отверстиями Corliss HP и золотниковыми клапанами низкого давления с расширительным клапаном Meyer. [15]
Шестерни клапана звена
Автоматические регуляторы
«Автоматические» двигатели, и в свою очередь быстроходные двигатели, работали на увеличивающихся скоростях и требовали более точного контроля их скорости при переменной нагрузке. Это потребовало соединения их регулятора с редуктором расширительного клапана. Более ранние двигатели с ВаттЦентробежный регулятор и дроссельная заслонка становятся неэффективными при работе на малой мощности.
В Губернатор Ричардсона [17] использовался для стационарных и переносных двигателей, производимых его работодателями, Роби и Ко.. [18] Это простой рычажный распределительный механизм, управляемый автоматически центробежный регулятор. Вместо ручного управления позицией штампа в качающемся звене в Stephenson регулятор Ричардсона регулирует это в соответствии с частотой вращения двигателя. Обычно он работал аналогично клапану Мейера, с двумя клапанами, приводимыми в действие двумя эксцентриками, и регулятором Ричардсона, используемым вместо ручного маховика Мейера. [19] Это позволило избежать проблемы вытягивания проволоки, связанной с уменьшенным ходом клапана Stephenson, и повысило эффективность стационарных двигателей, которые могли работать на малой мощности в течение длительных периодов времени.
Типы сменных клапанов
Однако в полностью разработанных формах высокоскоростного двигателя (примерно с 1900 г.) расширение контролировалось путем регулирования времени [v] одиночного клапана, а не отдельного расширительного клапана. Это привело к появлению дополнительных сложных типов клапанов, таких как тарельчатые клапаны, часто приводимые в движение кулачковыми распределительными механизмами, а не механизмами. [vi]
Расширение использования перегрев призвал заменить золотниковые клапаны на поршневые клапаны, так как их легче было смазывать при увеличении рабочие температуры. Они также сделали непрактичным использование вторичных клапанов, таких как Meyer, на тыльной стороне первичных клапанов. Возможно, последней новой конструкцией, в которой вторичный клапан использовался в качестве расширительного клапана, был Локомотив Midland Railway Paget, который использовал бронза рукава в качестве расширительных клапанов вокруг его чугун поворотные клапаны. [20] Эта конструкция оказалась неудачной из-за механических проблем с дифференциальным тепловым расширением двух материалов клапана. [21]