Szelep fogaskerék - Valve gear

A Walschaerts szelep fogaskerék egy gőzmozdony (a PRR E6s ).

A vezérmű egy gőzgép az a mechanizmus, hogy működik a szívó- és kipufogó szelepek beismerni gőzt a henger , és lehetővé teszi gőz eltávozhasson, illetve a megfelelő pont a ciklus. Azt is szolgálhat hátrameneti fogaskerék . Néha "mozgásnak" nevezik.

Célja

Egyszerű esetben ez viszonylag egyszerű feladat lehet, mint a belső égésű motor esetében , amelyben a szelepek mindig ugyanabban a pontban nyílnak és záródnak. Ez azonban nem az ideális elrendezés egy gőzgép számára, mivel a legnagyobb teljesítményt a szívószelep nyitva tartásával érik el az erőátviteli menet során (így teljes kazánnyomás, mínusz átviteli veszteség, a dugattyú ellen a löket során), miközben a maximális hatásfok úgy érhető el, hogy csak rövid időre nyitva van a beömlő szelep, majd hagyja, hogy a gőz kitáguljon a hengerben (kiterjedt munka).

Azt a pontot, amikor a gőz abbahagyja a hengerbe való belépést , határértéknek nevezzük , és ennek optimális helyzete az elvégzett munkától, valamint a teljesítmény és a hatékonyság közötti kompromisszumtól függően változik. A gőzgépek szabályozókkal vannak felszerelve ( az amerikai szóhasználat szerint fojtószelepekkel ), hogy megváltoztassák a gőzáram korlátozását, de a teljesítmény szabályozása általában a cutoff beállításon keresztül előnyösebb, mivel ez lehetővé teszi a kazán gőzének hatékonyabb használatát.

További előnyökkel járhat, ha a gőzt kissé az első vagy hátsó holtpont előtt engedik a hengerbe . Ez a fejlett bevezetés (más néven ólomgőz ) segít a mozgás tehetetlenségének csillapításában nagy sebességgel.

A belső égésű motor, ezt a feladatot végzi bütykök a vezérműtengely vezetői tányérszelepekre , de ez az elrendezés nem általánosan használt gőzgépek, részben azért, mert megvalósítása változó motorvezérlő segítségével bütykök bonyolult. Ehelyett általában excenterek , hajtókarok és karok rendszerét használják a D csúszó szelep vagy a dugattyús szelep mozgásból történő vezérlésére . Általában két egyszerű harmonikus mozgást adunk hozzá különböző rögzített fázisszöggel , különböző arányokban, hogy fázisban és amplitúdóban változó kimeneti mozgást biztosítsunk. Az évek során számos ilyen mechanizmust találtak ki, változó sikerrel.

Mind a csúszó-, mind a dugattyús szelepek korlátja az, hogy a szívó- és kipufogó események egymáshoz képest rögzítve vannak, és nem optimalizálhatók egymástól függetlenül. A szelep gőzszélein kör van kialakítva, így bár a szelep lökete csökken a levágás előrehaladtával, a szelep mindig teljesen nyitva van a kipufogógázhoz. A határidő lerövidülésével azonban a kipufogó események is előrehaladnak. A kipufogógáz kioldási pontja hamarabb következik be a teljesítményütemben, és a kompresszió korábban a kipufogógáz -ütemben. A korai felszabadítás némi energiát pazarol a gőzbe, és a korai bezárás szintén energiát pazarol az egyébként szükségtelenül nagy mennyiségű gőz összenyomására. A korai lekapcsolás másik hatása az, hogy a szelep meglehetősen lassan mozog a levágási ponton, és ez szűkítési pontot eredményez, és a gőz a kazán teljes nyomásánál kisebb nyomáson jut a hengerbe (ezt a gőz „huzalhúzásának” nevezik, fémhuzal készítésének folyamata lyukon keresztül), egy másik pazarló termodinamikai hatás látható az indikátor diagramon .

Ezek a hatástalanságok vezettek a mozdonyok szelepes fogaskerekek széles körű kísérletezéséhez . A szívó- és kipufogó szelepek egymástól függetlenül mozgathatók és szabályozhatók, lehetővé téve a ciklus jobb szabályozását. Végül nem sok mozdonyt szereltek el szelepekkel, de gyakoriak voltak a gőzkocsikban és a teherautókban, például szinte minden Sentinel teherautó, mozdony és vasúti kocsi szelepet használt. Egy nagyon késői brit dizájn, az SR Leader osztály , belső égésű motorokból adaptált hüvelyszelepeket használt , de ez az osztály nem volt sikeres.

Az álló gőzgépekben , a vontatómotorokban és a tengeri hajtóművek gyakorlatában a szelepek és a szelepfogaskerekek hiányosságai közé tartoztak azok a tényezők, amelyek összetett expanzióhoz vezettek . Az álló motorokban a kioldószelepeket is széles körben alkalmazták.

Szelep fogaskerekek kialakítása

A szelephajtás termékeny találmány volt, valószínűleg több száz variációt fejlesztettek ki az évek során. Ezek közül azonban csak néhánynak volt széles körű felhasználása. Ezeket fel lehet osztani azokra, amelyek hajtották a szabványos dugattyús szelepeket (akár dugattyús szelepeket, akár tolószelepeket), azokat, amelyek elosztószelepekkel használatosak, és a helyhez kötött motor kioldó fogaskerekeket, amelyeket félig forgó Corliss szelepekkel vagy eresztőszelepekkel használnak .

Dugattyús szelep fogaskerekek

Korai típusok

  • Csúszás -excentrikus - Ez a sebességváltó most csak a gőzgépekre és a kis teljesítményű hobbi alkalmazásokra korlátozódik, például néhány gőzmozdonyra. Az excenter laza a főtengelyen, de vannak megállók, amelyek korlátozzák a forgattyústengelyhez viszonyított forgását. Az excentrikus előre- és hátrameneti helyzetbe állítását manuálisan lehet elvégezni az excentrikus motor leállításával leállított motoron, vagy sok motor esetében egyszerűen a kívánt forgatási irányba forgatva a motort, ahol az excentrikus automatikusan pozicionálja magát. A motort előre tolja, hogy az excentrikus az első sebességfokozatba kerüljön, és hátrafelé, hogy a hátsó sebességfokozatba kerüljön. A levágásnak nincs változó szabályozása. A londoni és az északnyugati vasúton a Francis William Webb által 1889-ből tervezett háromhengeres vegyületek némelyike csúszó excentrikussal működtette az egyetlen kisnyomású palack szelepét. Ide tartoztak a teuton , Nagy -Britannia és John Hick osztályok .
  • Kard vagy fogaskerék - a legkorábbi mozdonyokon használt. A tolatás megengedett, de a levágás nem szabályozható.

Összekötő fogaskerekek

Állandó vezető fogaskerék (Walschaerts típusú fogaskerék)

A mozgás egyik összetevője forgattyús vagy excentrikus. A másik alkatrész külön forrásból származik, általában a keresztfej .

  • Walschaerts vagy Heusinger szelepes fogaskerék - a leggyakoribb szelephajtás a későbbi mozdonyokon, általában kívülről szerelve.
  • Deeley szelepes fogaskerék - a Midland Railway több gyorsmozdonyára szerelve . A kombinációs karokat a szokásos módon a keresztfejekről hajtották. Mindegyik tágulási láncot a keresztirányú fejről hajtották a motor ellenkező oldalán.
  • Fiatal szelepes fogaskerék - a mozdony egyik oldalán lévő dugattyúrúd -mozdulattal hajtotta a szelephajtást a másik oldalon. Hasonló a Deeley fogaskerékhez, de részletekben eltérések vannak.
  • Baguley szelepes fogaskerék - a WG Bagnall használja .
  • Bagnall -Price szelepes fogaskerék - a WG Bagnall által használt Walschaert -változat . Ez a fogaskerék a Bagnall 3023 és 3050 típusokhoz van felszerelve, mindkettőt a walesi felvidéki vasúton őrizték .
  • James Thompson Marshall úgy tűnik, hogy legalább két különböző módosítást tervezett a Walschaerts fogaskerékből.
    • Az egyik viszonylag hagyományos volt.
    • A másik nagyon bonyolult volt, és külön szelepeket vezetett a henger tetejére (belépéshez) és a henger alá (kipufogógázhoz). A feltaláló halála után ezt a fogaskereket kísérletileg az 1850. számú Southern Railway N osztályú mozdonyra szerelték fel , a munka 1933. október 16 -tól 1934. február 3 -ig tartott; de 1934. március 22 -én meghiúsult. Mivel a feltaláló nem tudta módosítani a konstrukciót, a szelephajtást 1934. március 24. és április 11. között standard Walschaerts fogaskerék váltotta fel.
  • Isaacson szabadalmaztatott szelepes fogaskereke - egy módosított Walschaerts fogaskerék, amelyet 1907 -ben Rupert John Isaacson és mások szabadalmaztattak, szabadalmi leírás. GB190727899, közzétéve 1908. augusztus 13-án. 1910–11-ben a Garstang és Knot-End Railway 2-6-0T Blackpool (1909-ben épült) és a 382. számú Midland Railway-hez szerelték fel. Isaacson szabadalommal is rendelkezik (GB126203, közzétéve 1919. május 8.) a továbbfejlesztett látószögű kenőanyaghoz. Ezt szabadalmaztatták képviselőjével, Ysabel Hart Cox -szal.
  • Soo Line 346 1961-ben, amely a Kinkan-Ripken kart mutatja az összekötő rúdon a kép jobb szélén
    Kingan-Ripken szelepes fogaskerék . Ez egy Walschaerts típusú fogaskerék, amelyben a kombinált kar a hajtórúd karjához van kötve, annak kis vége közelében, nem pedig a keresztfejhez. Kanadában szabadalmaztatta James B. Kingan és Hugo F. Ripken, a CA 204805 számú szabadalmi leírást, 1920. október 12 -én. Ezt a fogaskereket a Minneapolis, St. Paul és Sault Ste. Marie Railway ("Soo Line"); Hugo Ripken művezetőként dolgozott a Soo Line Minneapolis -i Shoreham Shops üzletében.
Kettős excentrikus fogaskerék (Stephenson típusú fogaskerekek)
Stephenson szelepes fogaskereke. Két különc közel 180 fokos fáziskülönbséggel hajtja meg a fő hajtótengelyt. Bármelyik kiválasztható a szeleptoló működtetéséhez a réselt tágulási kapcsoló eltolásával.

Két különc, ívelt vagy egyenes láncszemmel. Egyszerű elrendezés, amely jól működik alacsony sebességnél. Nagy sebességnél a Walschaerts típusú sebességváltó állítólag jobb gőzeloszlást és nagyobb hatékonyságot biztosít.

Kar és vonómű (Baker típusú)

Baker szelep fogaskerék szerelvény

Radiális fogaskerekek

A mozgás mindkét összetevője egyetlen hajtókarból vagy excentrikusból származik. Ennek az elrendezésnek a problémája (ha mozdonyokra alkalmazzák), hogy a mozgás egyik összetevőjét befolyásolja a mozdony rugóira emelkedése és leesése. Ez valószínűleg megmagyarázza, hogy miért a vasúti gyakorlatban a radiális fogaskerekeket nagyrészt felváltották a Walschaerts típusú fogaskerekek, de továbbra is használták a vontató- és tengeri hajtóművekben.

Kuplung szelep fogaskerekek

Konjugáló fogaskerekek

Kilátás a Henschel & Son konjugált szelephajtóműre, amelyet a Victorian Railways H osztályú mozdonyán használnak, kívülről hajtva

Ezek lehetővé teszik egy 3 vagy 4 hengeres mozdony építését csak két szelephajtással. A legismertebb a Gresley konjugált szelepes hajtómű , amelyet 3 hengeres mozdonyokon használnak. A Walschaerts fogaskerekét általában a két külső hengerhez használják. A külső henger szelep rudakhoz csatlakoztatott két kar hajtja a belső henger szelepét. Harold Holcroft egy másik módszert dolgozott ki a szelep fogaskerék konjugálására azáltal, hogy a középső hengert összekapcsolta egy külső henger kombinált kar szerelvényével, így létrehozva a Holcroft szelep fogaskerék származékot. Egy négyhengeres mozdonyon az elrendezés egyszerűbb. A szelep fogaskerék lehet belül vagy kívül, és csak rövid lengőtengelyekre van szükség a belső és külső hengerek szelepeinek összekapcsolásához.

Bulleid lánccal hajtott szelep fogaskerék

Lásd: Bulleid lánccal hajtott szelep fogaskerék

Corliss szelep fogaskerék

A nagy, álló motorok gyakran a George Henry Corliss által kifejlesztett fejlett szelephajtóművet használták, általában Corliss szelephajtásnak . Ez a fogaskerék külön szelepeket használt a bemenethez és a kipufogógázhoz, hogy a bemeneti elzárást pontosan lehessen szabályozni. A különálló szelepek és nyílások használata a gőz bevezetéséhez és kipufogásához jelentősen csökkentette a palackok kondenzációjával és újrapárolgásával kapcsolatos veszteségeket is. Ezek a jellemzők jelentősen javították a hatékonyságot.

A szelep fogaskerék vezérlői

A mozdony menetirányát és levágását a vezetőfülkéből egy irányváltó kar vagy csavaros irányváltó segítségével állíthatja be, amely a szelep fogaskerékéhez érő rudat működteti. Néhány nagyobb gőzgép teljesítmény -hátramenetet használ, amely szervo mechanizmus, általában gőzzel hajtva. Ez megkönnyíti az irányváltó vezérlését a vezető számára.

Lásd még

Hivatkozások

Külső linkek