Поршневой клапан (паровой двигатель)

редактировать
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 представляют собой одну из форм клапана используется для управления потоком пара внутри парового двигателя или локомотива. 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.

Содержание

  • 1 Обзор
  • 2 Примеры
  • 3 Принципы конструкции
    • 3.1 Перехлест
    • 3.2 Шаг
    • 3.3 Ход клапана
    • 3.4 Расчет событий клапана
  • 4 См. Также
  • 5 Ссылки

Обзор

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

  • трудно должным образом смазать золотниковые клапаны в присутствии перегретого пара
  • . При использовании поршневых клапанов проходы пара могут быть короче. Это, в частности, вслед за работой Андре Чапелона, снижает сопротивление потоку пара и повышает эффективность

Обычные клапанные механизмы локомотива, такие как Stephenson, Walschaerts и шестерня клапана Бейкера, может использоваться как с золотниковыми, так и с поршневыми клапанами. Там, где используются тарельчатые клапаны, может использоваться другое зубчатое колесо, например, редуктор клапана Caprotti, хотя стандартные шестерни, 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 конец парового сундука. 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 Bulleid SR Merchant Navy class, использовали «допущение извне», когда верно обратное, в случае Bulleid из-за необычного механизма клапанного механизма с цепным приводом.

Примеры

Винтовой двигатель Swannington наклонной 1833 г. включал поршневой клапан

Наклонный двигатель Swannington на Leicester and Swannington Railway производства Компания Horsely Coal Iron в 1833 году показала очень раннее использование поршневого клапана. 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.

Принципы проектирования

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

В движении паровозу требуется, чтобы пар поступал в цилиндр с контролируемой скоростью. Это влечет за собой управление впуском и выпуском пара в цилиндры и из них. Пар входит и выходит из клапана через отверстие для пара, обычно в среднем положении поршневого клапана. Если клапан соприкасается с отверстиями для пара, необходимо учитывать «нахлест» и «ввод».

Lap

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

Первый тип - это перекрытие пара, то есть величина, на которую клапан перекрывает отверстие на стороне острого пара поршня клапана (т. Е. Расстояние, на которое клапан должен переместиться. только начинаем открывать порт). Во-вторых, это выхлопной холст, который представляет собой величину, на которую клапан перекрывает отверстие на стороне выхлопа поршня клапана. Вытяжной круг обычно отводится тихоходным локомотивам. Это связано с тем, что он позволяет пару оставаться в цилиндре в течение максимально длительного периода времени, прежде чем он будет израсходован в качестве выхлопа, тем самым увеличивая эффективность. маневровые локомотивы, как правило, оснащаются 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.. Величина редко превышает 1/16 дюйма при наличии зазора для выхлопных газов; цилиндр по обеим сторонам поршня открыт для выпуска одновременно, когда клапан проходит через среднее положение, что является кратковременным при работе.

Вывод

Ведущий - это величина, на которую открывается паровой порт, когда поршень статичен в передней или задней мертвой точке. Предварительный впуск пара заполняет зазор между цилиндром и поршнем и обеспечивает максимальное давление в цилиндре в начале хода. 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. Двигатели с поршнями более 24 дюймов и массой более 5 кг и давлением ниже 500 фунтов на квадратный дюйм, тогда амортизация является полезной. Источник P Пелландин; Источник Pelland Engineering. Свинец особенно необходим для локомотивов, рассчитанных на высокие скорости, при которых события клапана происходят в быстрой последовательности.

Ход клапана

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

Расчет событий клапана

Учитывая нахлест клапана, шаг и ход, в какой момент хода поршня клапан открывается и закрывается, на пар и на выпуск?

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:

  • Рассчитайте угол, косинус которого равен удвоенному значению нахлеста, деленному на ход клапана.
  • Рассчитайте угол, косинус которого равен удвоение (круг плюс опережение), деленное на ход клапана

Сложите два угла и возьмите косинус их суммы; вычтите 1 из этого косинуса и умножьте результат на -50.

В исходном состоянии I1s 2-10-0 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

Ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-02 06:56:46
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте