밸브 기어

Valve gear
월샤이어트는 증기 기관차(PRR E6s)의 밸브 기어를 사용한다.

증기 엔진의 밸브 기어는 흡기 밸브와 배기 밸브를 작동시켜 각각 실린더로 증기를 유입시키고 배기 증기가 사이클의 정확한 지점에서 배출되도록 하는 메커니즘이다.후진 기어 역할도 할 수 있다.그것은 때때로 "모션"이라고 불린다.

목적

간단한 경우, 밸브가 항상 동일한 지점에서 열리고 닫히는 내연기관에서와 같이 비교적 간단한 작업이 될 수 있다.그러나 최대 출력은 출력 스트로크(즉, 스트로크 내내 피스톤에 대해 보일러 압력이 완전하고 송전 손실이 없는 경우) 전체에서 입구 밸브를 개방함으로써 달성되는 반면, 최대 효율은 흡기 밸브를 짧은 시간 동안만 개방함으로써 달성되기 때문에 증기 엔진에 이상적인 배열은 아니다.그리고 증기가 실린더에서 팽창하도록 한다(수증기가 작동한다).

증기가 실린더에 들어가는 것을 정지하는 지점을 컷오프라고 하며, 이를 위한 최적 위치는 수행되는 작업과 전력과 효율 사이에서 원하는 트레이드오프에 따라 달라진다.증기 엔진에는 증기 흐름의 제약을 변화시키기 위해 조절기(미국어로는 Throttle)가 장착되어 있지만, 일반적으로 차단 설정을 통해 동력을 제어하는 것이 보일러 증기의 보다 효율적인 사용을 위해 선호된다.

증기를 전방 또는 후방 데드 중심보다 약간 앞서 실린더에 전달함으로써 추가적인 이득을 얻을 수 있다.이 고급입장(일명 납증기)은 고속에서 동작의 관성을 완충시키는 데 도움이 된다.

내연기관에서 이 작업은 캠축 구동 포핏 밸브의 캠에 의해 수행되지만, 부분적으로 캠을 사용하여 가변 엔진 타이밍을 달성하는 것이 복잡하기 때문에 증기 엔진에는 일반적으로 사용되지 않는다.대신, Ecentrics, 크랭크 및 레버의 시스템은 일반적으로 D 슬라이드 밸브 또는 피스톤 밸브를 동작으로부터 제어하는 데 사용된다.일반적으로 서로 다른 고정 위상 각도를 가진 두 개의 단순한 조화 모션이 상과 진폭에서 가변적인 출력 모션을 제공하기 위해 다양한 비율로 추가된다.여러 해 동안 다양한 메커니즘이 고안되었고, 성공도 다양했다.

슬라이드 밸브와 피스톤 밸브 모두 흡기 및 배기 이벤트가 서로에 대해 고정되며 독립적으로 최적화될 수 없다는 한계가 있다.랩은 밸브의 증기 가장자리에 제공되므로 컷오프가 진행됨에 따라 밸브 스트로크가 감소하지만 밸브는 항상 배기가스에 완전히 개방된다.그러나 컷오프가 짧아지면서 배기 이벤트도 진전된다.배기 방출 지점은 파워 스트로크 초기에, 압축은 배기 스트로크 초기에 발생한다.조기 방출은 증기의 일부 에너지를 낭비하고, 조기 폐쇄 또한 불필요하게 많은 양의 증기를 압축하는 데 에너지를 낭비한다.초기 컷오프의 또 다른 효과는 밸브가 컷오프 지점에서 상당히 느리게 움직이며, 이로 인해 수축 지점이 생기면서 증기가 완전한 보일러 압력(수증기의 '와이어 드로잉'이라 불리며, 금속 와이어를 구멍으로 끌어당겨 만드는 과정에서 이름이 붙여짐), 또 다른 소모적인 열역학 e.표시기 다이어그램에 보이는 결함

이러한 비효율성은 기관차용 포핏 밸브 기어에 널리 퍼진 실험을 추진했다.흡기 및 배기 포핏 밸브는 서로 독립적으로 이동 및 제어될 수 있어 사이클을 보다 효과적으로 제어할 수 있다.결국, 많은 수의 기관차가 포핏 밸브를 장착하지는 않았지만, 증기차와 화물차에서 흔히 볼 수 있었는데, 예를 들어 사실상 모든 센티넬 화물차, 기관차, 철도차 등이 포핏 밸브를 사용했다.매우 늦은 영국의 디자인인 SR 리더 클래스는 내연기관에서 개조된 슬리브 밸브를 사용했지만 이 클래스는 성공적이지 못했다.

고정식 증기 엔진, 트랙션 엔진, 해양 엔진 연습에서는 밸브와 밸브 기어의 단점이 복합 팽창으로 이어지는 요인 중 하나였다.정지 엔진에서는 트립 밸브도 광범위하게 사용되었다.

밸브 기어 설계

밸브 기어는 비옥한 발명 분야였으며, 아마도 몇 년에 걸쳐 수백 가지의 변형들이 고안되었을 것이다.그러나, 이들 중 극히 일부만이 널리 사용되는 것을 보았다.이 밸브는 표준 왕복 밸브(피스톤 밸브 또는 슬라이드 밸브 포함), 포핏 밸브에 사용되는 것과 반회전 코리스 밸브 또는 낙하 밸브와 함께 사용되는 고정 엔진 트립 기어로 나눌 수 있다.[1]

왕복 밸브 기어

초기 유형

  • 슬립 에코틱 - 이 기어는 현재 증기 엔진 모델에만 국한되며, 증기 발사 엔진과 같은 저전력 취미 애플리케이션은 몇 마력에 이른다.편심기는 크랭크축에 느슨하지만 크랭크축에 대한 회전을 제한하는 정지 장치가 있다.편심기를 전진 주행 및 후진 주행 위치로 설정하는 작업은 정지된 엔진에서 편심기를 회전시켜 수동으로 수행하거나, 원하는 회전 방향으로 엔진을 돌리면 편심기가 자동으로 위치를 조정한다.편심기를 전진 기어 위치에 놓기 위해 엔진을 앞으로 밀고 후진 기어 위치에 놓기 위해 뒤로 밀린다.컷오프를 가변적으로 제어할 수 없다.[2]런던과 노스웨스턴 철도에서는 1889년부터 프란시스 윌리엄 웹이 설계한 3기통 화합물 중 일부가 슬립 편심기를 사용하여 단일 저압 실린더의 밸브를 작동시켰다.여기에는 테우토닉, 대영제국, 존 힉(John Hick)계급이 포함되었다.[3]
  • 가브 또는 훅 기어 - 초기 기관차에 사용됨후진은 허용되지만 컷오프는 제어할 수 없음.

링크 기어

상시 리드 기어(Walshaerts-type 기어

움직임의 한 요소는 크랭크 또는 편심으로부터 나온다.다른 구성 요소는 별도의 소스, 대개 크로스헤드에서 나온다.

  • 월샤어트 또는 헤우싱어 밸브 기어 - 일반적으로 외부에 장착된 후기 기관차에서 가장 일반적인 밸브 기어.
  • Delley 밸브 기어 - 미드랜드 철도의 여러 고속 기관차에 장착됨.콤비네이션 레버는 정상적인 것처럼 십자형 머리에서 구동되었다.각 팽창 링크는 엔진 반대편의 크로스헤드에서 구동되었다.
  • 젊은 밸브 기어 - 기관차 한쪽에 있는 피스톤 로드 운동을 사용하여 다른 쪽에 있는 밸브 기어를 구동하십시오.디리 기어와 비슷하지만 세부적인 차이점이 있다.
  • Bagley 밸브 기어 - W.G. Bagnall에서 사용.
  • Bagnall-Price 밸브 기어 - W.G. Bagnall이 사용하는 Walschaerts의 변형.이 기어는 Bagnall 3023과 3050에 장착되어 있으며, 둘 다 웨일스 하이랜드 철도에 보존되어 있다.
  • 제임스 톰슨 마샬은 월샤어츠 기어의 적어도 두 가지 다른 개조를 설계한 것 같다.
    • 하나는 비교적 관습적이었다.
    • 다른 하나는 매우 복잡했고 실린더 위(입장용)와 실린더 아래(배기용)에 별도의 밸브를 구동했다.발명가가 사망한 후, 이 장비는 1933년 10월 16일부터 1934년 2월 3일까지의 작업으로 1850번 남철도 N등급 기관차에 실험적으로 장착되었지만, 1934년 3월 22일에 실패했다.발명자가 디자인을 수정할 수 없었기 때문에, 밸브 기어는 1934년 3월 24일에서 4월 11일 사이에 표준 월샤어츠 기어로 대체되었다.[4]
  • 아이작슨의 특허 밸브 기어 - 1907년 루퍼트 존 아이작슨 등이 특허를 낸 월샤어츠 기어를 개조해 특허번호로 변경했다.GB190727899, 1908년 8월 13일 발행.[5]1910~11년 가스탕·노츠엔드 철도의 2-6-0T 블랙풀(건설 1909년)과 미들랜드 철도의 382호선에 장착되었다.[6]아이작슨은 또한 향상된 시력 공급 윤활기에 대한 특허(GB126203, 1919년 5월 8일 발행)를 가지고 있다.이것은 그의 대표인 Ysabel Hart Cox와 공동으로 특허를 얻었다.[7]
  • 1961년 수선 346호, 그림 오른쪽 가장자리에 있는 연결봉에 킨칸-리프켄 팔을 보여주고 있다.
    킹안-립켄 밸브 기어.이것은 콤비네이션 레버가 크로스헤드 대신 연결봉의 작은 끝에 있는 암에 연결된 월샤어츠형 기어다.제임스 B가 캐나다에서 특허를 획득했다.킹난과 휴고 F.특허 CA 204805인 립켄은 1920년 10월 12일 발행되었다.[8]이 장비는 미니애폴리스, 세인트 폴, 사우트 스테의 일부 기관차에 장착되었다. 마리 철도("수선");[9]휴고 립켄은 미니애폴리스에 있는 수 라인의 쇼어햄 상점에서 선장으로 일했다.[10]
이중 편심 기어(스텝슨형 기어)
스티븐슨의 밸브 기어.거의 180도 위상 차이의 두 개의 에코센서가 주 구동축에서 크랭크된다.슬롯형 팽창 링크를 이동하여 밸브 슬라이드를 작동하도록 선택할 수 있다.

곡선 또는 직선 링크로 연결된 두 개의 에코센서.저속에서도 잘 작동하는 간단한 배열.고속에서는 월샤어츠형 기어가 증기 분배를 개선하고 효율을 높인다고 한다.

레버 및 링크 기어(베이커 유형)

베이커 밸브 기어 어셈블리

방사형 기어

모션의 두 구성 요소는 단일 크랭크 또는 편심으로부터 나온다.이 배열의 문제(기관차에 적용되는 경우)는 운동의 구성 요소 중 하나가 스프링의 기관차의 흥망성쇠에 의해 영향을 받는다는 것이다.이는 아마도 철도 운행에서 방사형 기어가 월샤어트형 기어로 대체되었지만 트랙션과 해양 엔진에서 계속 사용되는 이유를 설명해 줄 것이다.

포핏 밸브 기어

결합 기어

Victorian Railway H급 기관차에 사용되는 Henschel & Son 결합 밸브 기어 메커니즘의 전경, Walschaerts 밸브 기어 외부로부터 구동

이를 통해 3기통 또는 4기통 기관차를 밸브 기어 2세트만으로 제작할 수 있다.가장 잘 알려진 것은 3기통 기관차에 사용되는 그레스리 결합 밸브 기어다.Walschaerts 기어는 보통 두 개의 외부 실린더에 사용된다.외부 실린더 밸브 로드에 연결된 레버 2개가 내부 실린더용 밸브를 구동한다.Harold Holcroft는 중간 실린더를 외부 실린더의 결합 레버 어셈블리에 연결하여 Holcroft 밸브 기어 파생 모델을 만들어 밸브 기어를 결합하는 다른 방법을 고안했다.4기통 기관차에서는 배열이 더 간단하다.밸브 기어는 내부 또는 외부에 있을 수 있으며 내부 및 외부 실린더의 밸브를 연결하기 위해 짧은 흔들림 축만 필요하다.

불레이드 체인 구동 밸브 기어

불렛 체인 구동 밸브 기어 참조

코리스 밸브 기어

Corliss 증기 엔진 참조

대형 고정 엔진은 보통 코리스 밸브 기어라고 불리는 조지 헨리 콜리스가 개발한 진보된 형태의 밸브 기어를 사용하는 경우가 많았다.이 기어는 흡입구 차단기가 정밀하게 제어될 수 있도록 흡입구와 배기구에 별도의 밸브를 사용했다.증기 입구와 배기를 위해 별도의 밸브와 포트 통로를 사용함으로써 실린더 응축 및 재증진과 관련된 손실도 크게 감소시켰다.이러한 특징들은 효율을 훨씬 향상시키는 결과를 낳았다.

밸브 기어 컨트롤

기관차의 이동 방향과 차단 방향은 후진 레버 또는 나사 리버너로 밸브 기어에 도달하는 로드를 작동시켜 운전실에서 설정한다.일부 대형 증기 엔진은 동력 역전을 사용하며, 이것은 서보 메커니즘으로 보통 증기에 의해 구동된다.이렇게 하면 운전자가 후진 기어를 쉽게 제어할 수 있다.

참고 항목

참조

  1. ^ Stephenson's, Walshaerts's, Baker's, Southern 및 Young의 밸브 기어 웨이백 머신 애니메이션에 보관된 증기 기관차 밸브 기어.SteamLocomotive.com, 2014년 9월 1일 액세스
  2. ^ "Slip-eccentric valve gear". Roundhouse-eng.com. Archived from the original on 27 April 2012. Retrieved 2 December 2012.
  3. ^ Van Riemsdijk, J.T. (1994). Compound Locomotives: An International Survey. Penryn: Atlantic Transport Publishers. pp. 23–24. ISBN 0-906899-61-3.
  4. ^ Bradley, D.L. (April 1980) [1961]. The Locomotive History of the South Eastern & Chatham Railway (2nd ed.). London: RCTS. p. 93. ISBN 0-901115-49-5.
  5. ^ "Espacenet - Bibliographic data". Worldwide.espacenet.com. Retrieved 12 January 2013.
  6. ^ "Brief Biographies of Mechanical Engineers". Steamindex.com. Archived from the original on 13 February 2004. Retrieved 12 January 2013.
  7. ^ "Espacenet - Bibliographic data". Worldwide.espacenet.com. Retrieved 12 January 2013.
  8. ^ "CIPO - Patent - 204805". Patents.ic.gc.ca. 12 October 1920. Archived from the original on 8 March 2014. Retrieved 13 January 2013.
  9. ^ "Railway age gazette". [New York, Simmons-Boardman Pub. Co.] – via Internet Archive.
  10. ^ Dorin, Patrick C. (1979). The Soo Line. Burbank, California: Superior Publishing Co. p. 25. ISBN 0-87564-712-X.
  11. ^ "0-6-4st Badger". www.martynbane.co.uk. Archived from the original on 4 March 2016.
  12. ^ "Correspondence 60". www.irsociety.co.uk. Archived from the original on 4 November 2011.

외부 링크