Войти
Клапанная передача Уолшаертса на паровоз (a PRR E6s ).клапанная передача паровой машины - это механизм, который управляет впускным и выпускным клапанами для впуска пара в цилиндра и выхода выхлопного пара, соответственно, в нужных точках цикла. Он также может служить в качестве реверсивной передачи. Иногда это называют «движением».
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 идеальная компоновка для парового двигателя, поскольку наибольшая мощность достигается за счет того, что впускной клапан остается открытым на протяжении рабочего хода (таким образом обеспечивается полное давление в котле за вычетом потерь передачи на поршень 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, известна как отсечка, и оптимальное положение для этого меняется 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 за счет впуска пара в цилиндр немного раньше передней или задней мертвой точки. Этот расширенный допуск (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 действие тарельчатые клапаны, но эта компоновка обычно не используется с паровыми двигателями, отчасти потому, что добиться изменения фаз газораспределения с помощью кулачков сложно. Вместо этого обычно используется система эксцентриков, кривошипов и рычагов для управления золотниковым клапаном D или поршневым клапаном от движения. Обычно два простых гармонических движения с разными фиксированными фазовыми углами добавляются в различных пропорциях, чтобы обеспечить выходное движение, которое является переменным по фазе и амплитуде. За прошедшие годы с переменным успехом было разработано множество таких механизмов.
И золотниковые, и поршневые клапаны имеют ограничение, заключающееся в том, что события впуска и выпуска фиксируются по отношению друг к другу и не могут быть оптимизированы независимо. На кромках парового клапана предусмотрен притир, так что, 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 вызывает «волочение проволоки» пара, еще один расточительный термодинамический эффект, видимый на индикаторной диаграмме .
Эти неэффективности послужили поводом для широкомасштабных экспериментов. в тарельчатом передачах локомотивов. Впускные и выпускные тарельчатые клапаны можно было перемещать и регулировать независимо друг от друга, что позволяло 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 Sentinel грузовики, локомотивы и железнодорожные вагоны использовали тарельчатые клапаны. В очень поздней британской конструкции SR Leader class использовались золотниковые клапаны, адаптированные от двигателей внутреннего сгорания, но этот класс не имел успеха.
В стационарных паровых двигателях, тяговых двигателях и судовых двигателях недостатки клапанов и клапанных механизмов были среди факторов, которые привели к составное расширение. В стационарных двигателях также широко применялись запорные клапаны.
Клапанный механизм был плодородной областью изобретений, и, вероятно, за эти годы было разработано 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 (поршневые или золотниковые), те, которые используются с тарельчатыми клапанами, и неподвижные двигатели отключающие шестерни, используемые с полуроторными клапанами Corliss или перепускные клапаны.
Один компонент движения исходит от кривошипа или эксцентрика. Другой компонент поступает из отдельного источника, обычно это крейцкопф.
Линия Су 346 в 1961 году, на которой изображена рука Кинкана-Рипкена на шатуне на правом краю изображения клапанный механизм Кинкан-Рипкен . 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 года. Эта передача была установлена на некоторых локомотивах Миннеаполис, Сент-Пол и Солт-Сент. Мари Рейлэйл («Су Лайн»); Хьюго Рипкен работал мастером в Shoreham Shops компании Soo Line в Миннеаполисе.
Клапанная передача 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 расширительного звена с прорезью. Два эксцентрика, соединенные изогнутым или прямым звеном. Простое устройство, хорошо работающее на низкой скорости. Говорят, что на высокой скорости шестерня типа Walschaerts обеспечивает лучшее распределение пара и более высокую эффективность.
Узел редуктора клапана Бейкера 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.
Вид Henschel Son с редуктором с сопряженным клапаном, используемым на локомотиве Victorian Railways класса H, приводимый в движение снаружи клапанный механизм Walschaerts . 3-цилиндровый или 4-цилиндровый локомотив будет построен только с двумя наборами клапанного механизма. Самым известным 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 разработал 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.
В больших стационарных двигателях часто используется усовершенствованная форма клапанного механизма, разработанная Джордж Генри Корлисс, обычно называемый клапанный механизм Корлисса. В этом редукторе 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.
Некоторые большие паровые двигатели используют реверс мощности, который представляет собой сервомеханизм, обычно приводимый в действие паром. Это облегчает водителю управление приводом клапана.
