Cornish převodovka ventilu motoru - Cornish engine valve gear

Ventilové soukolí dvou cornwallských motorů vyrobené v letech 1812 a 1846 a používané k čerpání vody v Croftonu.

Převodový ventil otevírá a zavírá ventily ve správném pořadí. U rotujících motorů lze časování ventilů řídit pomocí výstředníci nebo kliky, ale nerotační paprskové motory tyto možnosti nejsou k dispozici. V Cornishův motor ventily jsou poháněny buď ručně, nebo prostřednictvím „kuželky“ a tapet poháněn paprskem. To umožňuje vkládání zpoždění v různých bodech cyklu, což umožňuje Cornish Engine měnit se od jednoho zdvihu za deset minut, po deset nebo více zdvihů za minutu,[1](p72) ale ve srovnání s rotačními motory vede také k některým méně známým součástem.

Poloha a spojovací mechanismus ventilu a ventilového převodu

Jednočinný čerpací motor Cornish zobrazující relativní polohy ventilů. Pára je zpočátku přiváděna ventilem A a odváděna ventilem C, když píst klesá. Při zdvihu nahoru A a C jsou uzavřeny a ventil B, rovnovážný ventil, umožňuje proudění páry z horní části válce dolů.
Ovládání ventilů motoru Cornish s jejich vazbami na ventily nahoře a závažími, která je předpjávají, se otevírají dole. Vlevo: Situace částečně vnitřním zdvihem s klesající zástrčkou a parním ventilem nyní zavřeným. Později bude také uzavřen výfukový ventil. Vpravo: Venkovní zdvih se zavřenými parními a výfukovými ventily. Všimněte si, jak blokovací kvadranty zabraňují současnému otevření výfukového a rovnovážného ventilu.

Cornish Engines jsou velké, dokonce i výfukový ventil u motoru Cruquius má průměr 26 palců.[2](p7) Aby se omezilo potrubí a propojení, má smysl umístit „polohu řidiče“ vedle válce. Ventily jsou ovládány ze tří vodorovných tyčí - nebo trnů - namontovaných v rámu. Ty mají rukojeti, které je ovládají ventily dozadu a dopředu.[3](p163) Ovládání tří vřeten: Horní vřeteno: Parní ventil, Střední vřeteno: Rovnovážný ventil a Dolní vřeteno: Výfukové (také nazývané „výchovné“) a vstřikovací (pro kondenzátor) ventily. Ventily jsou váženy tak, aby je udržovaly v otevřené poloze, a to buď závažími zavěšenými přímo z výstupků na trnech, nebo spojenými prostřednictvím tyčí se závažími, aby se umožnilo seřízení, o podlahu níže.[4]Před trny jsou v poloze, kde mohou podle potřeby pohybovat rukojetí nahoru nebo dolů, jedna nebo dvě zástrčné tyče.[5](p83) Ty se pohybují s paprskem a jsou spojeny s paralelním pohybem, aby je omezily na svislou cestu.

Součásti ventilového převodu

Součásti ozubeného kola motoru Cornish Engine zobrazené ve správné svislé poloze a orientaci (kromě dodatečného půdorysu západky). Všechny ventily jsou zobrazeny v uzavřené poloze a modré šipky ukazují směr, kterým by se otočily k otevření.

V Cornish Engines lze na rozdíl od parních lokomotiv ovládat sekvenci ventilů buď automaticky, nebo ručně. Cornishovy motory se spouštějí ručně a běží tak dlouho, dokud tlak válce a vakuum kondenzátoru nestačí k automatickému provozu stroje. Proto musí být polohy ventilů určovány automaticky, ale podléhají ruční změně, což vede k některým méně běžným součástem a mechanismům. Obrázek níže ukazuje mnoho z těchto položek spolu s jejich rozložením a orientací v enginu.

Rohy, rukojeti, zástrčné tyče a zdvihátka

Rukojeti (nebo rohy) připevněné k trnům je otáčejí a pomocí různých pák a tyčí otevírají a zavírají ventily. Ucpávkové tyče jsou dvě (nebo u některých motorů jedna) svislé tyče připevněné prostřednictvím paralelního pohybového ústrojí k nosníku. Kromě pohodlného ručního ovládání lze rukojeti posouvat pomocí zástrčky, která má malé výstupky - tapet - chytit za rukojeti. V případě parního trnu, kde je třeba ventil podržet po delší a proměnlivou dobu, mají zdvihátka podobu delších nastavitelných tyčí připojených k zátkové tyči.[3](p165)

Kvadranty, Scogganovy páky a katarakta.

Ventilové převody Taylorova čerpacího motoru u Pool ukazující konce tří vřeten. Centrální, rovnovážný trn má záchyt spočívající na něm, který, když je zvednut smyčkou katarakty na tyči katarakty, uvolní kvadrant. To se pak otočí proti směru hodinových ručiček připojeným závažím a otevřete ventil.

Jak se trny otáčejí - pohybují se držadly - otáčejí kvadranty (které navzdory jejich jménu, jak je znázorněno na obrázcích, nemusí být přesně o 90 stupňů). Mohou být použity k udržení ventilů zavřených pomocí pomocné západky (označované alternativně jako a západka,[2](p7) Pavel,[3](p165) západku nebo v Cornwallu páku Scoggan[6]). Kvadrant se uvolní, když je páka zvednutá, obvykle pomocí 'šedý zákal' na podlaze dole. Jedná se o hydraulické rozvodové zařízení, které je nastaveno zdvihátkem na zástrčné tyči, které jej zasáhne do spodní části vnitřního zdvihu.[5](p88) Po vhodném zpoždění katarakta zvedne přidruženou tyč a smyčku katarakty, která uvolněním kvadrantu umožní hřídeli a ventilu pohyb.[5](p152) Smyčka katarakty má přidružený šroubový závit, který umožňuje změny v relativním načasování událostí páry a výfuku, protože se pomalu zvedá na konci každého cyklu.[7] U některých motorů je přítomna druhá katarakta, která podobně zvládá přechod z vnitřního zdvihu na venkovní.[5](p129)

Zamykání kvadrantů.

Dva do sebe zapadající kvadranty na 1873 postaveném Cornishově motoru na čerpací stanici Sandfields. Horní je na výfukovém hřídeli a spodní na rovnováze. Existují důkazy o značném opotřebení.

I při ručním ovládání motoru existují určité limity, jak lze motor konfigurovat. Nikdy není vhodné mít současně otevřený výfukový i rovnovážný ventil. Aby se tomu zabránilo, používá se jako „zamykací kvadrant“ další pár kvadrantů. Jsou orientovány tak, že v uzavřené poloze leží téměř dotýkající se, což umožňuje kterémukoli z nich přejít do otevřené polohy.[3](p165) Jakmile je však jeden otevřený, blokuje otevření druhého. Všimněte si toho pólu[5](p129) popisuje složitější systém zdvihátek a pák k dosažení stejného vzájemného zajišťovacího účinku mezi výfukem a rovnovážnými ventily.

Montované ventilové soukolí a jeho pořadí

Výše uvedené komponenty lze sestavit do rámu, který umožňuje spuštění celého motoru buď ručně, nebo automaticky. Forma se třemi trny je relativně pevná, ale jak je vidět na některých obrázcích, existují rozdíly v poloze různých komponent podél nich, počtu zástrčkových tyčí a katarakty a použité úrovni výzdoby.

Cornishův motor má ve svém cyklu dvě odlišné části[5](p125) - vnitřní zdvih, kde píst sestupuje (obvykle - motor Cruquius uvedený níže je jednou z výjimek) z horní části válce a venkovní zdvih, kde se pohybuje nahoru. Při vnitřním zdvihu musí táhlo uzavřít parní a výfukové ventily a při stoupajícím venkovním zdvihu rovnovážný ventil. První dva ventily jsou tedy konstruovány tak, aby byly uzavřeny pohybem jejich rukojetí dolů a rovnovážný ventil je uzavřen nahoru.

Následující tabulka vychází z Pole[5](p126-150) a Winton[3](p165) ukazuje kompletní cyklus Cornish Engine s různými akcemi ventily. Ukazuje také polohy rukojetí, aby se zjednodušilo srovnání s videi těchto motorů. Otevřené ventily jsou zvýrazněny.

MrtviceAkceNastavení ventilu a polohy rukojeti

St: Steam, Eq: Equilibrium, Ex: Exhaust,

Ventil - O: otevřený, C: zavřenýRukojeť - U: Nahoru, D: Dolů
SvatýRovPřSvatýRovPř
-Pozastaveno s pístem nahoře. Parní a výfukové ventily drženy zavřené svými západkami. Rovnovážné ventily jsou v závislosti na konstrukci motoru udržovány uzavřené samostatnou západkou ovládanou kataraktou nebo zdvihátkem tyčeCCCDUD
KrytýVýfukový ventil je otevřen, obvykle kousek před parním ventilem - buď ručně, nebo stoupající tyčí katarakty. Blokovací kvadranty zajišťují, že to zase udržuje rovnovážný ventil uzavřenýCCÓDUU
KrytýPoté se otevře parní ventil - buď ručně, nebo stoupající tyčí kataraktyÓCÓUUU
KrytýParní ventil je uzavřen - buď ručně, nebo klesajícím zdvihátkem, které nastavením může měnit odříznout bod, a tedy expanze a účinnost. Parní zdvihátko je vysunuto tak, aby zadržovalo páru až do spodní části zdvihu.CCÓDUU
KrytýVýfukový ventil je uzavřen - buď ručně, nebo pomocí klesajícího zdvihátka tyče - pro zpomalení pístu a poskytnutí polštáře na konci válce, aby se zabránilo nárazu motoru do jeho koncových zarážek.CCCDUD
KrytýZástrčka v dolní části sestupu resetuje cateract (y) pro načasování. V tomto okamžiku jsou parní a výfukové ventily již drženy uzavřené zátkovou tyčí (S) a sestupná tyč katarakty je nyní zajistí v uzavřené poloze.CCCDUD
-Pozastaveno s pístem doleCCCDUD
VenkovníKdyž se katarakta výfuku přesunula z cesty blokovacího kvadrantu, rovnovážný ventil je nyní otevřen svou připojenou hmotností, alternativně druhý katarakta, která zvedla rovnovážnou uvolňovací západku prostřednictvím samostatné tyče katarakty, je rovnovážný ventil nyní otevřen jeho připojená hmotnost.CÓCDUD
VenkovníRovnovážný ventil je uzavřen - buď ručně, nebo zvedacím zdvihátkem kuželky - aby se zpomalil píst a poskytl polštář na konci válce, aby se zabránilo nárazu motoru do koncových zarážek.CCCDUD
-Pozastaveno s pístem nahořeCCCDUD
Ventilové převody pro 55palcový motor v Battersea. Pro přehlednost jsou označeny pouze některé části. Všechny ventily jsou zobrazeny v zavřené poloze, modré šipky ukazují směr, kterým by se otočily k otevření. SA: Steam Arbor, QA: Equilibrium Arbor, XA: Exhaust Arbor, H: Handles, LQ: Locking Quadrants, PR: Plug Rod, T: Tappets, W: Attachment points for weightes.

Řízení motoru - zastavení a spuštění

Brzy paprskové motory byly poháněny přímým ručním ovládáním ventilů. Absence klikových hřídelí, které omezují výchylky pístů, to ztěžovala. Jako jeden autor[8] řekl: „Celá tato přesnost byla vyžadována také od žoldnéřského doprovodu čtrnáctkrát každou minutu, a to v nebezpečí úplného zničení přístroje.“ Než se motor sám zničí, bude existovat varování, protože jiný autor komentoval kavalírsky: „Otřes mozku způsobený úderem záchytného kusu o bloky slouží jako upozornění pro obsluhu motoru, že tlak páry je příliš vysoký.“[5](p82) Později byly přidány pozemské přístupy, jako jsou zvony a nakonec automatická omezovací zařízení.

Touha, aby byl mechanismus automatický - nebo samočinný - vedla různými fázemi k výše popsanému systému kolík a zdvihátko. Tím motor uspokojivě běží v ustáleném stavu, ale změny tlaku nebo zatížení páry budou stále vyžadovat úpravy.[2](p8) Pro spuštění a zastavení motoru je nutný zásah člověka. Startování je náročné z několika důvodů:

  • Zpočátku je válec studený a v kondenzátoru není vakuum.[2](p8) To musí být vytvořeno kombinací vlastního vzduchového čerpadla motorů a několika cykly pístu nahrazujícího vzduch párou. Poté motor „ožije“ a bude se chovat normálně.
  • Pokud se do válce dostane příliš mnoho vody, může se motor „zaplavit“ a naplnit vzduchové čerpadlo a kondenzátor vodou.[1](p75)
  • Zdvih pístu (nebo venku) je poháněn klesající hmotností čerpadla, která poté plní lopaty čerpadla. Zpočátku nebude čerpadlo naplněno, což může způsobit pokles hmotnosti čerpadla a venkovní zdvih pístu, mnohem rychleji než obvykle. Aby se toto snížilo, řidič omezí otevření rovnovážného ventilu, aby zpomalil pohyb pístu.[9]
  • Pokud motor nedělá dostatečně velké tahy, nemusí ovládat převodový ventil a uspokojivě kataraktu, například odmítá „jít ven“[5](p128)

Zde je počáteční postup popsaný v roce 1863:[10]

Motor je vždy nastartován vysokotlakou párou bez vakua, pára a edukční katarakta ... jsou zajištěny čepem, aby se záchyty ventilů nemohly kataraktou zvednout. Regulační ventil se otevírá ručním kolem a šroubem; vytahovací a vstřikovací ventily se otevírají rukojetí; a parní ventil se otevře umístěním patky do třmenu na tyči. Motor tak provede vnitřní zdvih a po několika zdvizích se vytvoří vakuum a motor se reguluje na správnou délku zdvihu regulačním ventilem. Šedý zákal ... se poté uvolní, aby mohl uvolnit západky ventilu; a motor poté pracuje s požadovanou délkou zdvihu, pokud pára v kotlích zůstává přibližně na stejném tlaku.

Konec altánů Maudslay Engine v Kew. Smyčka katarakty odpovědná za zvednutí západky na kvadrantu výfukového ventilu je jasně viditelná, nad ní je čep na řetězu pro zajištění tyče katarakty v poloze při zastavení motoru.

Zastavení motoru je méně složité, protože je na konci svého cyklu v klidu (a také uprostřed u dvou strojů na šedý zákal), dokud není znovu probuzeno šedým zákalem, který zvedne tyč katarakty a zvedne západky z trnu kvadrantu. Šedý zákal není poháněn parní silou, ale klesající hmotností a lze jej zastavit malou silou. Malý kolík (viditelný na jednom ze snímků) procházející tyčí katarakty je dostatečný k tomu, aby zabránil jejímu zvednutí a zastavil tak motor.

Variace

Forma ventilového převodu se třemi trny je relativně pevná, s jednotlivými variacemi v umístění komponent a počtu. Některé motory (viz schéma 55palcového motoru Battersea), které používají jedinou kataraktu k restartování vnitřního zdvihu, zatímco jiné (například motor Taylors u bazénu) používají další, aby umožnily zpoždění před spuštěním venkovního zdvihu. Toto se používá například na[2] Museum De Cruquius motoru poskytnout čas na naplnění lopaty čerpadla. Pozdější variantou Cornish Engine je Býk motor, který upustí od paprsku tím, že má válec namontovaný přímo nad čerpadlem, což vede k významným rozdílům v převodech ventilů. Jak popisuje jeden zdroj

Řízení motoru s paprskem Cornish je dost složité, ale býk je úplně jiná konvice s rybami. Nejen, že je cyklus „vzhůru nohama“ (zdvih páry je spíše než než dolů a naopak pro rovnovážný zdvih), ale trny jsou v jiném pořadí (střední trn a spodní trn jsou spíše výfukové a rovnovážné než na druhou stranu kulatý) a katarakta pozastaví rovnovážný zdvih spíše než elektrický zdvih.

— https://www.geograph.org.uk/photo/3798302

Existují také směsné Cornish Engines, které nevyhnutelně potřebují další připojení k pohonu dalších ventilů spojujících válce. Andre[11] popisuje jeden poblíž Saarbrückenu s přídavným paprskem, jen aby fungovaly ventily pro distribuci páry. Motor Cruquius v Nizozemsku je složitý, je to prstencová směs a je konstruován „vzhůru nohama“,[2]:11 ponechání výfukového ventilu na úrovni podlahy s parním a rovnovážným ventilem na podlaze níže. Přesto je ovládán stejnými třemi trny v obvyklém pořadí.[12]

Díky centrální roli hřebenů ventilových převodů při provozu motoru Cornish Engine jsou také vhodným místem pro umístění dalších ovládacích prvků. Mezi ně mohou patřit regulační ventily k omezení rychlosti vstupního proudu páry, nastavení vypnutí, mazací opatření a úpravy za účelem úpravy zpoždění způsobeného kataraktou (sivými zákaly).

Viz také

Reference

  1. ^ A b Reynolds, Michael (1881). Stacionární řízení motoru - praktická příručka. C. Lockwood a společnost.
  2. ^ A b C d E F „Haarlemmermeer Cruquius“ (PDF). Brožura Haarlemmermeer Cruquius. JAKO JÁ. Archivovány od originál (PDF) dne 25. 07. 2011. Citováno 2009-01-18.
  3. ^ A b C d E Winton, John G. (1883). Moderní parní praxe a inženýrství. London: Blackie and Sons.
  4. ^ „Cornish Pumping Engine No. XIX“. Inženýr: 428. 22. prosince 1871.
  5. ^ A b C d E F G h i Pole, William (1844). Pojednání o čerpacím motoru Cornish ve dvou částech. Londýn: John Weale.
  6. ^ "Řízení". Citováno 3. června 2020.
  7. ^ „Cornish Pumping Engine No. XX“. Inženýr: 441. 29. prosince 1871.
  8. ^ Burn, Robert Scott (1854). Parní stroj, jeho historie a mechanismus. London: H.Ingram and Co. str. 24.
  9. ^ „Jak řídit motory“. Crofton Beam Engines. Citováno 3. června 2020.
  10. ^ Howe, William (1863). „Popis čerpacího motoru Cornish s paprskem z tepaného železa a prací v dolu Clay Cross“. Sborník institucí strojních inženýrů.: 253.
  11. ^ André, George (1878). Popisné pojednání o těžebních strojích, nástrojích a jiných zařízeních používaných při těžbě, svazek 2. E & F.N. Spon. str. 153.
  12. ^ "ventilové zařízení". cruquius největší parní stroj.

externí odkazy