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Las válvulas de pistón son una forma de válvula que se utiliza para controlar el flujo de vapor dentro de una máquina de vapor o locomotora . Controlan la admisión de vapor en los cilindros y su posterior agotamiento, permitiendo que una locomotora se mueva por sus propios medios. La válvula consta de dos cabezas de pistón en un eje común que se mueve dentro de una cámara de vapor, que es esencialmente un minicilindro ubicado encima o debajo de los cilindros principales de la locomotora.
Resumen [ editar ]
En el siglo XIX, las locomotoras de vapor usaban válvulas deslizantes para controlar el flujo de vapor hacia adentro y hacia afuera de los cilindros . En el siglo XX, las válvulas de corredera fueron reemplazadas gradualmente por válvulas de pistón, particularmente en motores que usaban vapor sobrecalentado . Hubieron dos razones para esto:
- Es difícil lubricar adecuadamente las válvulas de corredera en presencia de vapor sobrecalentado.
- Con válvulas de pistón, los conductos de vapor se pueden acortar. Esto, particularmente siguiendo el trabajo de André Chapelon , reduce la resistencia al flujo de vapor y mejora la eficiencia.
Los engranajes de válvulas de locomotoras habituales, como los engranajes de válvulas Stephenson , Walschaerts y Baker , se pueden utilizar con válvulas de corredera o válvulas de pistón. Cuando se usan válvulas de asiento, se puede usar un engranaje diferente, como el engranaje de válvula Caprotti , aunque Chapelon y otros también usaron engranajes estándar como se mencionó anteriormente.
La mayoría de las válvulas de pistón son del tipo de "admisión interior", donde se introduce vapor fresco desde la caldera a través del espacio entre las dos cabezas de pistón de la válvula, y el vapor de escape sale a través del espacio entre una cabeza de pistón y el extremo de la cámara de vapor. . La ventaja de esta disposición es que la fuga, a través del prensaestopas que sella la cámara de vapor de la varilla de operación del engranaje de la válvula, es un problema mucho menor cuando el prensaestopas se somete a baja presión de escape en lugar de a la presión total de la caldera. Sin embargo, algunas locomotoras, como la clase SR Merchant Navy de Bulleid , usaban "admisión externa" donde lo contrario era cierto, en el caso de Bulleid debido a la inusual disposición de engranajes de válvulas accionadas por cadena.
Ejemplos [ editar ]
El motor de bobinado inclinado Swannington en Leicester and Swannington Railway , fabricado por The Horsely Coal & Iron Company en 1833, muestra un uso muy temprano de la válvula de pistón. [1] Las válvulas de pistón se habían utilizado uno o dos años antes en los motores horizontales fabricados por Taylor & Martineau de Londres, pero no se generalizaron para motores estacionarios o de locomotora hasta finales del siglo XIX. [2]
Principios de diseño [ editar ]
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Cuando está en movimiento, una locomotora de vapor requiere que el vapor ingrese al cilindro a una velocidad controlada. [3] Esto implica controlar la admisión y el agotamiento del vapor hacia y desde los cilindros. [3] El vapor entra y sale de la válvula a través de un puerto de vapor, generalmente en la posición media de la válvula del pistón . [3] Cuando la válvula está en contacto con los puertos de vapor, se requiere considerar el "regazo" y el "plomo".
Vuelta [ editar ]
Lap es la cantidad por la cual la válvula se superpone a cada puerto de vapor en la posición media de cada válvula. [3] Sin embargo, hay dos tipos diferentes de vueltas.
El primer tipo es el regazo de vapor, que es la cantidad en la que la válvula se superpone al puerto en el lado de vapor vivo del pistón de la válvula (es decir, la distancia que la válvula necesita moverse para comenzar a descubrir el puerto). [3] En segundo lugar, está el regazo de escape, que es la cantidad en que la válvula se superpone al puerto en el lado de escape del pistón de la válvula. La vuelta de escape generalmente se da a las locomotoras de marcha lenta. [3] Esto se debe a que permite que el vapor permanezca en el cilindro durante el mayor tiempo posible antes de ser gastado como escape, aumentando así la eficiencia. [3] Las locomotoras de maniobras tendían a estar equipadas con esta adición.
La vuelta de escape negativa, también conocida comúnmente como espacio de escape, es la cantidad que el puerto está abierto para el escape cuando la válvula está en la posición media, y esto se usa en muchas locomotoras de funcionamiento rápido para proporcionar un escape libre. [3] La cantidad rara vez excede 1/16 de pulgada cuando se proporciona espacio libre de escape; el cilindro en ambos lados del pistón está abierto para escapar al mismo tiempo cuando la válvula pasa por la posición media, que es solo momentánea cuando está funcionando. [3]
Líder [ editar ]
El plomo es la cantidad de apertura del puerto de vapor cuando el pistón está estático en el punto muerto delantero o trasero. [3] La preadmisión de vapor llena el espacio libre entre el cilindro y el pistón y asegura la máxima presión del cilindro al comienzo de la carrera. [3]El criterio de diseño es amortiguar o ayudar a que la masa del pistón disminuya la velocidad y cambie de dirección y alcance una presión máxima del mismo valor que el vapor entrante. A velocidades lentas, el plomo no es ideal. Para diámetros de pistón y carreras de 75 mm de plomo, no se necesita amortiguar la masa de la pistola, especialmente cuando las velocidades son inferiores a 200 rpm. Motores con pistones de más de 24 pulgadas y masas de más de 5 kilos y presiones por debajo de 500 psi, entonces la amortiguación es beneficiosa. Fuente P Pellandine; Fuente Pelland Engineering. El plomo es particularmente necesario en las locomotoras diseñadas para altas velocidades, bajo las cuales los eventos de válvulas ocurren en rápida sucesión. [3]
Recorrido de la válvula [ editar ]
Las válvulas de pistón de largo recorrido permiten el uso de grandes puertos de vapor para facilitar el flujo de vapor hacia adentro y hacia afuera del cilindro.
Cálculo de eventos de válvulas [ editar ]
Dada la vuelta, el avance y el recorrido de la válvula, ¿en qué punto de la carrera del pistón se abre y se cierra la válvula para generar vapor y descargar?
Calcular una respuesta exacta a esa pregunta antes de las computadoras era demasiado trabajo. La aproximación fácil (usada en los diagramas de Zeuner y Realeaux) es pretender que tanto la válvula como el pistón tienen un movimiento de onda sinusoidal (como lo harían si la varilla principal fuera infinitamente larga). Luego, por ejemplo, para calcular el porcentaje de carrera del pistón en el que se corta la admisión de vapor:
- Calcule el ángulo cuyo coseno es el doble de la vuelta dividido por el recorrido de la válvula.
- Calcule el ángulo cuyo coseno es el doble del (vuelta más adelanto), dividido por el recorrido de la válvula
Suma los dos ángulos y calcula el coseno de su suma; reste 1 de ese coseno y multiplique el resultado por -50.
Tal como se construyó, el I1 2-10-0 de Pennsylvania tenía una vuelta de 2 pulgadas, un avance de 1/4 de pulgada y un recorrido de válvula de 6 pulgadas en plena marcha. En plena marcha, los dos ángulos son 48,19 grados y 41,41 grados y el corte máximo es el 49,65% de la carrera del pistón.
Ver también [ editar ]
- Válvula de corredera
- Componentes de locomotoras de vapor
- Engranaje de válvula
Referencias [ editar ]
- ^ Clinker, CR (1977) The Leicester & Swannington Railway Bristol: Publicaciones y servicios de Avon Anglia. Reimpreso de Transactions of the Leicestershire Archaeological Society Volumen XXX, 1954.
- ^ Placa de información sobre el motor Swannington, Museo Nacional del Ferrocarril , York .
- ^ a b c d e f g h i j k l Garratt, C. y Wade-Matthews, M .: La enciclopedia definitiva de Steam & Rail (Londres: Hermes Publishing Company, Ltd., 1998) ISBN 1-84038-088 -8
