Controle (máquina a vapor)

Condução de uma locomotiva do Atlântico ( Pennsylvania Railroad E6s ) com controle Heusinger ('engrenagem Walschaerts' em inglês)

O controle da máquina a vapor , também chamado de controle abreviado , é a parte de uma máquina a vapor de pistão que controla o fluxo de vapor para dentro e para fora do cilindro. Através da mudança entre a entrada e a saída mediada por um escorregador ou válvula, o vapor pode trabalhar no cilindro de vapor e mover o pistão para frente e para trás. O controle influencia o funcionamento e a direção do movimento da máquina a vapor, abrindo ou fechando o slide. Ao ajustar as válvulas ou o grau de sobreposição da corrediça, o acionador da máquina pode influenciar o enchimento dos cilindros e a expansão do vapor no cilindro e, assim, determinar em certa medida o desempenho e a velocidade da máquina a vapor como bem como a eficiência econômica de sua operação.

Basicamente, deve ser feita uma distinção entre as partes do controle interno e as do controle externo.

Além da função básica no interesse do baixo consumo de vapor, os objetivos do projeto de um controle de máquina a vapor são a rápida abertura e fechamento dos canais de vapor para o cilindro, baixas velocidades de vapor e resistências de fluxo, sem espaços prejudiciais e baixas perdas de calor. o vapor ao fluir pelo controle interno.

Estrutura geral, observação preliminar

A seguir, os projetos de controle dos motores a vapor de locomotivas a vapor são essencialmente descritos. No que diz respeito a motores a vapor estacionários, princípios de construção parcialmente diferentes foram implementados.

Controles internos

Os controles internos são os componentes que entram em contato direto com o vapor e influenciam sua entrada e saída para dentro e para fora do cilindro.

O componente central do controle interno é geralmente um slide. Isso pode ser projetado como uma corrediça plana (corrediça de concha) ou como uma corrediça redonda (corrediça de pistão). A válvula é cercada pelo corpo da válvula à prova de vapor , que pode ser aberto para fins de manutenção e reparo. Válvulas adicionais às vezes são flangeadas ao corpo da válvula, o que pode ser necessário para ligar a máquina a vapor e mantê-la em marcha lenta com o mínimo de resistência possível (equalizador de pressão).

Em vez de slides, no entanto, válvulas também podem ser usadas.

Corrediça plana

A lâmina plana repousa sobre uma superfície plana, o espelho de lâmina , no qual canais em forma de fenda são incorporados, através dos quais o vapor pode entrar no cilindro e sair dele. Os canais são ligados alternadamente ao fornecimento de vapor e à exaustão pelo movimento da corrediça. A pressão do vapor vivo repousa sobre a lâmina de cima e pressiona-o firmemente contra a lâmina. Como resultado, ele só pode ser movido com um esforço considerável, o que é uma grande desvantagem da corrediça plana. Por outro lado, além da pressão sobre ele, fica frouxamente apoiado no espelho deslizante e pode se levantar da superfície e assim drenar a água condensada do cilindro, mesmo com canais fechados. Esta última é uma grande vantagem da válvula corrediça plana, pois evita danos à máquina a vapor causados ​​pelo martelo de água .

Slide redondo

Bucha deslizante dividida com canais de vapor para o canal de entrada e saída (à esquerda) em uma locomotiva a vapor
Válvula Trofimoff como exemplo de válvula de pistão. O slide mostrado tem um diâmetro de 300 mm. Os quatro anéis de pistão em cada um dos corpos da válvula podem ser vistos claramente.

A válvula redonda ou de pistão é o projeto cilíndrico de uma válvula. Em vez da superfície plana do espelho deslizante, a parede da bucha deslizante cilíndrica, que é perfurada pelos canais de vapor, ocorre aqui. A corrediça real consiste em dois corpos de pistão que, dependendo do projeto, são fixos ou "flutuantes" em uma haste corrediça comum . Uma vez que a pressão do vapor não atua sobre o corpo da corrediça de um lado, como é o caso da corrediça plana, mas atua em ambas as superfícies externas, as válvulas de corrediça de pistão podem ser movidas com relativa liberdade, sem grande esforço e independentemente da pressão do vapor. No entanto, os sistemas de carretel com canais de vapor concluídos com golpe de aríete não gostam de compartilhar uma corrediça plana por "levantamento" e, portanto, devem ser fornecidos com acessórios adicionais, como válvulas de segurança de cilindro ou discos de ruptura.

A válvula de pistão é o tipo mais comum de controle interno nas locomotivas a vapor europeias e pode ser encontrada em vários modelos. É feita uma distinção entre válvulas de pistão de controle fixo, nas quais a compensação de pressão para a marcha lenta da máquina a vapor é possibilitada por válvulas externas e válvulas de pistão de compensação de pressão combinadas. Os mais conhecidos desses tipos são a válvula Karl Schultz ( válvula de pistão Nicolai), a válvula Müller e a válvula Trofimoff .

Controle de válvula

Características especiais do controle de válvula

Em vez de válvulas corrediças planas ou redondas relativamente pesadas, válvulas menores e mais leves podem ser usadas para regular a entrada e a saída do vapor, semelhantes às usadas nos motores de combustão interna . Em particular, o controle Lentz e o controle Caprotti são conhecidos . A atuação da válvula pode ocorrer tanto por meio de hastes de comando que se movem para frente e para trás e por meio de eixos de comando de oscilação ou rotação centralizada ou excêntrica.

Enquanto as válvulas de gatilho leves precisam abrir contra a pressão do vapor, as válvulas de sede dupla (válvulas de tubo) e as válvulas de pistão têm a pressão aliviada. Em comparação com os controles deslizantes, as válvulas oferecem a vantagem de grandes seções transversais de entrada e saída, pequenos espaços prejudiciais e menos estrangulamento. Eles são, portanto, adequados para corredores de alta velocidade.

Controle Lentz

O controle Lentz recebeu o nome de seu desenvolvedor, o engenheiro Hugo Lentz .

Controle Lentz com válvulas verticais e atuação da válvula via hastes de came
Foto do controle de válvula de acordo com o tipo MF Esslingen
(de Messerschmidt: Lokomotivtechnik na imagem )

No sistema de controle de válvula Lentz mais comum, existem quatro válvulas em série acima do cilindro de vapor. As duas válvulas externas são usadas para a saída do vapor e as duas válvulas internas para a entrada do vapor. As válvulas são feitas de aço macio como válvulas de sede dupla. A cabeça de atuação da válvula é aparafusada na haste oca da válvula. A haste de came com os cames de elevação que acionam as válvulas é guiada radialmente através dela; A cabeça da válvula com mola rola sobre os rolos endurecidos como vidro na haste do came que se move para frente e para trás. O movimento da haste do came paralelo ao pistão é gerado por um controle comum de locomotiva a vapor de acordo com Heusinger, mas com um curso aumentado no interesse de uma abertura rápida; o controle, portanto, também pode ser manuseado como um controle deslizante normal.

Devido às válvulas com mola, nenhum dispositivo especial é necessário para proteger o cilindro contra o golpe de aríete. Além disso, uma marcha lenta particularmente fácil da locomotiva pode ser conseguida por um dispositivo especial no qual a cabeça do fuso da válvula pode ser levantada da haste do came por meio de ar comprimido ou vapor e, assim, uma abertura permanente da válvula é possível. Como uma vantagem sobre o controle do carretel também foi considerada, o assento da válvula sem máquinas-ferramentas caras que podem ser retificadas e sujeitas a vazamentos de enchimento do carretel.

Controle Lentz com árvore de cames oscilante central

Nesta modalidade do controle de válvula Lentz, as válvulas não são acionadas por uma haste de came, mas por uma árvore de cames oscilante verticalmente (isto é, não girando constantemente na mesma direção) situada paralela ao eixo. As válvulas estão dispostas no cilindro de vapor. A árvore de cames é acionada a partir do eixo motor por meio de hastes e uma contra-manivela.

O controle Lentz com eixo de comando oscilante central foi inicialmente usado na construção de motores a vapor estacionários, mas também em locomotivas compostas a vapor superaquecidas da empresa Lanz . Foi utilizado pela primeira vez na construção de locomotivas na Itália em 1906. Uma das principais vantagens desse tipo de construção era a fabricação mais simples de componentes rotativos.

Controle de Lentz com eixo de comando de oscilação excêntrica

Em contraste com o projeto da árvore de cames acima mencionado do controle da válvula de Lentz, este eixo do fuso da válvula e o eixo da árvore de cames não se cruzam, mas passam um pelo outro a uma certa distância, ou seja, excentricamente.

Controles externos

Componentes de um controle Heusinger ou Walschaerts:
1 -  contra-manivela , 2 -  haste oscilante , 3 - haste de controle, 4 -  ferro suspenso , 5 -  alavanca de lançamento , 6 - alavanca da haste de controle, 7 - braço oscilante, 8 -  haste deslizante , 9 -  fixação do guiador na cruzeta , 10 - guia da haste deslizante, 11 - haste do guiador, 12 - alavanca de avanço , 13 - haste  deslizante, 14 - corrediça do pistão
Mude de avanço para reverso.

Quando o controle externo é qualquer órgão de acionamento mecânico, como alavanca , manivela , excêntrico ou outros elementos de transferência que movem os componentes do controle interno. O controle é derivado diretamente do movimento do pistão da máquina a vapor a ser controlado. O curso da corrediça e, portanto, o grau de enchimento e até mesmo a direção de rotação da máquina a vapor podem ser alterados alterando as relações de alavanca . Fala-se então de um controle de fundo . Os controles da válvula são regulados por cames ou árvores de cames ajustáveis ​​ou deslizantes .

Antes do desenvolvimento dos controles conversíveis e ajustáveis, a locomotiva a vapor só podia ser controlada com o regulador de vapor; Para reverter a direção de deslocamento, partes do motor tiveram que ser realocadas em um complexo “trabalho manual”, como pode ser visto na descrição da locomotiva John Bull construída por Robert Stephenson em 1831 .

Como a estrutura básica do controle externo é independente do controle interno , os tipos de controle recebem o nome da estrutura do controle externo .

Tipos de controle

Alguns tipos de controles de vapor são:

Arranjos de controle

Na construção de locomotivas a vapor , é feita uma distinção entre o controle interno e o controle externo no que diz respeito ao arranjo.

Como controle interno, entende-se que a haste de controle juntamente com as caixas deslizantes localizadas na área interna entre as rodas motrizes estão, por exemplo, no G 3 da Prússia . Em alguns casos, o arranjo da haste de transmissão também pode estar localizado nesta área. Muitas vezes, mas não necessariamente, uma construção de moldura externa também está associada a isso, o que deixa espaço suficiente para o controle interno, como por exemplo com o MÁV IIIe .

Quando o controle externo significa que a haste de controle juntamente com as caixas deslizantes localizadas na parte externa ao lado das rodas motrizes. Na maioria das vezes, os cilindros e toda a articulação da unidade também estão dispostos do lado de fora, como mostram os diagramas de controle acima. Em alguns casos, no entanto, os cilindros e bielas também podem estar localizados no interior, enquanto as hastes de acoplamento estão localizadas no exterior, ver, por exemplo, o kkStB 9 .

literatura

Links da web

Evidência individual

  1. ↑ Tieroff: Die Dampfmaschine, Volume I , Fachbuchverlag Leipzig 1956, página 164
  2. ↑ Max Heinrich Philipp Osthoff: Dissertação sobre controle de válvula de acordo com Lentz, TH Berlin, palestrante: Obergehtmann, co-palestrante: Stumpf, Berlin 1908, p. 12
  3. ↑ Hanomag-Nachrichten , Edição 100, página 26 e seguintes, fevereiro de 1922: Descrição e instruções para manuseio de locomotivas com controle de válvula Lentz .
  4. ↑ Erich Metzeltin : Locomotivas com controle de válvula, construídas pela Hanomag, anteriormente Maschinenfabrik G. Eggestorff . Artigo na revista VDI, 1906
  5. ^ A b Max Heinrich Philipp Osthoff: Dissertação sobre o controle da válvula de acordo com Lentz, TH Berlim, orador: Obergehtmann, co-orador: Stumpf, Berlim 1908