Stempelventil (dampmaskin) - Piston valve (steam engine)
.jpg)
Stempelventiler er en ventilform som brukes til å kontrollere dampstrømmen i en dampmaskin eller et lokomotiv . De kontrollerer inntak av damp i sylindrene og dens påfølgende utmattende, slik at et lokomotiv kan bevege seg under egen kraft. Ventilen består av to stempelhoder på en felles spindel som beveger seg inne i en dampkiste, som i hovedsak er en minisylinder som er plassert enten over eller under lokomotivets hovedsylindere.
Oversikt
På 1800 -tallet brukte damplokomotiver skyveventiler for å kontrollere dampstrømmen inn og ut av sylindrene . På 1900 -tallet ble skyveventiler gradvis erstattet av stempelventiler, spesielt i motorer som bruker overopphetet damp. Det var to grunner til dette:
- Det er vanskelig å smøre skyveventiler tilstrekkelig i nærvær av overopphetet damp
- Med stempelventiler kan damppassasjer gjøres kortere. Dette, spesielt etter arbeidet til André Chapelon , reduserer motstanden mot dampstrømmen og forbedrer effektiviteten
De vanlige lokomotivventilgirene som Stephenson , Walschaerts og Baker ventilventil , kan brukes med enten glideventiler eller stempelventiler. Hvor tallerkenventiler blir brukt, et annet utstyr, slik som Caprotti ventilstyring kan benyttes, skjønt vanlige tannhjul som er nevnt ovenfor, ble brukt i tillegg, ved Chapelon og andre.
De fleste stempelventiler er av typen "innsideopptak", der frisk damp tilføres fra kjelen via mellomrommet mellom ventilens to stempelhoder, og avgassdampen forlater via mellomrommet mellom et stempelhode og enden av dampkammeret . Fordelen med dette arrangementet er at lekkasje, via pakningen som tetter dampkisten fra ventilstangens betjeningsstang, er mye mindre et problem når kjertelen utsettes for lavt eksostrykk i stedet for fullt kjeletrykk. Noen lokomotiver, som Bulleids SR Merchant Navy-klasse , brukte imidlertid "utenfor adgang" der det motsatte var sant, i Bulleids tilfelle på grunn av det uvanlige kjededrevne ventilutstyret.
Eksempler
Swannington -skråningsmotoren på Leicester og Swannington Railway , produsert av The Horsely Coal & Iron Company i 1833, viser en veldig tidlig bruk av stempelventilen. Stempelventiler hadde blitt brukt ett eller to år tidligere i de horisontale motorene produsert av Taylor & Martineau i London, men ble ikke generelle for stasjonære eller lokomotiver før på slutten av 1800 -tallet.
Design prinsipper
Når du er på farten, krever et damplokomotiv damp for å komme inn i sylinderen på presise tidspunkter i forhold til stempelets posisjon. Dette innebærer å kontrollere opptak og eksos av damp til og fra sylindrene med en ventil knyttet til stempelets bevegelse.
For timing og dimensjonering av skyve- eller stempelventiler der ventilen åpner og lukker damp- og eksosportene, er det nødvendig å ta hensyn til "lap" og "lead".
Runde
Runde er mengden som ventilen overlapper hver port i midtstilling av hver ventil. Det er to forskjellige typer lap.
Den første typen er damprunden, som er mengden som ventilen overlapper dampporten på den levende dampsiden av stemplet eller glideventilen (dvs. avstanden ventilen trenger å bevege seg for å bare begynne å avdekke porten).
For det andre, eksosrunden, som er mengden som ventilen overlapper eksosporten på avgassiden av stemplet eller glideventilen. Eksosrunde blir vanligvis gitt til lokomotiver som går sakte. Dette er fordi det lar dampen forbli i sylinderen lengst mulig tid før den blir brukt som eksos, og dermed øke effektiviteten. shunter -lokomotiver pleide å være utstyrt med dette tillegget.
Negativ eksosrunde, også kjent som eksosavstand, er mengden porten er åpen for å tømme når ventilen er i midtstilling, og brukes på mange hurtigløpende lokomotiver for å gi et gratis eksos. Sylinderen på begge sider av stempelet er åpen for eksos på samme tid når ventilen passerer gjennom midtstilling, noe som bare er kortvarig når den kjører.
Lede
Bly er mengden som en port er åpen når stempelet er foran eller bak "dødpunkt". Når det gjelder dampporten, tillater dette dampinntak for å fylle mellomrommet mellom sylinderen og stempelet og sikrer maksimalt sylindertrykk før slaget begynner. Dette både demper og hjelper stempelmassen til å bremse og endre retning. Ved lave hastigheter er ingen ledning ideell. For motorer med stempler på 24 tommer pluss og masser på over 5 kilo og trykk under 500 psi, er demping gunstig. Bly er nødvendig på lokomotiver designet for høye hastigheter.
Beregning av ventilhendelser
Gitt ventilens fang, bly og vandring, på hvilket tidspunkt i stempelets slag åpnes og lukkes ventilen, for å dampe og tømme?
Å beregne et eksakt svar på det spørsmålet før datamaskiner var for mye arbeid. Den enkle tilnærmingen (brukt i Zeuners og Realeaux diagrammer) er å late som om både ventilen og stemplet har en sinusbølgebevegelse (som de ville gjort hvis hovedstangen var uendelig lang). For eksempel, for eksempel å beregne prosentdelen av stempelets slag der dampinntaket kuttes:
- Beregn vinkelen hvis cosinus er to ganger omgangen dividert med ventilens bevegelse
- Beregn vinkelen hvis cosinus er to ganger (lap pluss bly), delt på ventilens bevegelse
Legg til de to vinklene og ta cosinus av summen; trekke 1 fra den cosinus og multiplisere resultatet med -50.
Som bygget Pennsylvania's I1s 2-10-0 hadde runde 2 inches, bly 1/4 inch og ventil reise 6 inches i full gir. I fullt gir er de to vinklene 48,19 grader og 41,41 grader, og maksimal cutoff kommer ut 49,65% av stempelslaget.