Цилиндр является силовым элементом паровой машины, приводящей в движение паровоз. Цилиндр выполнен герметичным с торцевыми крышками и поршнем; клапан распределяет пар к концам цилиндра. Цилиндры были отлиты из чугуна, а позже из стали . Отливка цилиндра включает в себя другие особенности, такие как (в случае раннего ракетного локомотива ) отверстия для клапана и монтажные ножки. Последние большие американские локомотивы имели цилиндры как часть огромных цельных стальных отливок, которые были основной рамой локомотива. Возобновляемые изнашиваемые поверхности были необходимы внутри цилиндров и обеспечивались чугунными втулками.
Способ, которым клапан управлял паром, входящим и выходящим из цилиндра, был известен как распределение пара и показан формой индикаторной диаграммы. То, что происходило с паром внутри цилиндра, оценивалось отдельно от того, что происходило в котле, и того, с каким трением приходилось справляться движущимся машинам. Эта оценка была известна как «производительность двигателя» или «производительность цилиндра». Производительность цилиндра вместе с характеристиками котла и оборудования определила эффективность всего локомотива. Давление пара в цилиндре измерялось во время движения поршня, и рассчитывалась мощность, перемещающая поршень, известная как мощность цилиндра. Силы, создаваемые в цилиндре, перемещали поезд, но также повреждали конструкцию, удерживающую цилиндры на месте. Расшатывались болтовые соединения, растрескивались отливки цилиндров и рамы, что снижало работоспособность локомотива.
Цилиндры могут быть расположены несколькими способами.
На ранних локомотивах, таких как Puffing Billy, цилиндры часто устанавливались вертикально, и движение передавалось через балки, как в a лучевой двигатель.
Следующим этапом, например, Ракета Стивенсона, было приведение в движение колес непосредственно от круто наклонных цилиндров, расположенных в задней части локомотива. Прямой привод стал стандартной компоновкой, но цилиндры были перемещены вперед и размещены либо горизонтально, либо почти горизонтально.
Передние цилиндры могут быть размещены либо внутри (между рамами), либо снаружи. Примеры:
В XIX и начале XX веков внутренние цилиндры были широко распространены. используется в Великобритании, но внешние цилиндры более распространены в континентальной Европе и США. Причина такой разницы неясна. Примерно с 1920 года внешние цилиндры стали более распространенными в Великобритании, но многие двигатели с внутренним цилиндром продолжали строиться.
Внутренние цилиндры обеспечивают более стабильную езду с меньшим рысканием или «неровностями», но доступ для обслуживания затруднен. Некоторые дизайнеры использовали цилиндры внутри из эстетических соображений.
Потребность в большей мощности привела к разработке двигателей с тремя цилиндрами (два снаружи и один внутри) или с четырьмя цилиндрами (два снаружи и два внутри). Примеры:
На двухцилиндровом двигателе кривошипы внутри или снаружи установлены под углом 90 градусов. Поскольку цилиндры двустороннего действия (т.е. на них поочередно подается пар с каждого конца), это дает четыре импульса на оборот и гарантирует отсутствие мертвых точек.
на трехцилиндровом двигателе, возможны две конфигурации:
На четырехцилиндровом двигателе также возможны два варианта:
клапанные сундуки или паровые баки, которые содержат золотниковые клапаны или поршневые клапаны, могут быть расположены в различных положениях.
Если цилиндры маленькие, клапанные сундуки могут располагаться между цилиндрами. Для больших цилиндров клапанные коробки обычно находятся наверху цилиндров, но в ранних локомотивах они иногда находились под цилиндрами.
Клапанные блоки обычно находятся наверху цилиндров, но в старых локомотивах клапанные коробки иногда располагались рядом с цилиндрами и вставлялись через прорези в рамах. Это означало, что в то время как цилиндры были снаружи, клапаны были внутри и могли приводиться в движение внутренним механизмом клапана.
Существует множество вариантов расположения шестерни клапана. В британской практике внутренняя шестерня клапана обычно относится к типу Stephenson, а внешняя шестерня клапана обычно относится к типу Walschaerts. Однако это не является строгим правилом, и большинство типов клапанных механизмов можно использовать как внутри, так и снаружи. Редуктор клапана Joy когда-то был популярен, например на LNWR G Class.
На двигателях с внутренним цилиндром шестерня клапана почти всегда находится внутри (между рамами), например LMS Fowler Class 3F.
На двигателях с внешними цилиндрами возможны три варианта:
Есть три распространенных варианта:
Есть три распространенных варианта:
Есть много других вариантов, например редукторные паровозы, которые могут иметь только один цилиндр. Единственный известный традиционный паровоз с одним цилиндром - это одноцилиндровый локомотив Nielson.