Как сделать золотник для парового двигателя

Обновлено: 06.07.2024

Золотники бывают разных типов. Мы начнем изучение парораспределения с простого коробчатого золотника без; перекрыш. Такой золотник представляет собой плоскую чугунную прямоугольную коробку без крышки ( 119). На донышке этой коробки, называемой спинкой золотника, сделан прилив со сквозным отверстием, через которое проходит золотниковый шток, заставляющий золотник двигаться. Золотник помещается в золотниковой коробке /, отлитой заодно с паровым цилиндром ( 120). Внутри коробки находится золотниковое зеркало 2, представляющее собой тщательно простроганную и пришабренную к золотнику плоскость.

В золотниковом зеркале имеются три окна прямоугольной формы. Крайние окна 3 представляют собой сравнительно узкие щели, через которые внутреннее пространство золотниковой коробки сообщается с паровым цилиндром паровыми каналами 4 (на рисунке виден только один канал). Среднее окно 5 шире крайних, через него и отверстие 6 отработавший пар выходит либо в ресивер, либо в холодильник из ц. н. д. Золотник движется по золотниковому зеркалу 2 вдоль оси цилиндра, производя этим самым поочередно впуск и выпуск пара. Например, если золотник сдвинуть вправо ( 121), то свежий пар, который все время заполняет золотниковую коробку 1, поступит в левую полость цилиндра по каналу 3 и заставит поршень двигаться слева направо. В это же время пар,, отработавший в правой полости, будет выходить 'по каналу 4 в пространство 5, а из него в канал 6. Отработавший пар не может сразу выйти из цилиндра и оказывает противодавление на поршень. Поэтому движение поршня происходит под действием разности сил давления свежего пара Р\ и противодавления Рг.

При золотнике, сдвинутом влево, паровой канал 4 будет сообщен с золотниковой коробкой, и свежий пар по этому каналу поступит в- правую полость цилиндра. В это же время отработавший пар из леБОЙ полости будет в свою очередь выходить из цилиндра по паровозу каналу 3 во внутреннее пространство золотника, которое постоянно соединено с выпускным пролетом (каналом) 6. Как видим, пространство золотниковой коробки, находящееся под золотником, заполняется только отработавшим (мятым) паром, а над золотником — свежим.

Как уже отмечалось, золотник приводится в движение золотниковым штоком 7. Этот шток соединяется с эксцентриковой тягой S, правый конец которой () связан с кривошипом 9 коленчатого вала (условно показан отдельно от коленчатого вала). Так как ход золотника очень небольшой и составляет лишь несколько десятков миллиметров, то такой кривошип в практических условиях заменяется эксцентриком ( 122). Эксцентрик представляет собой стальной диск, насаженный на коленчатый вал эксцентрично, т. е. так, что центр вала не совпадает с центром диска. Расстояние между этими двумя центрами называется эксцентриситетом. Эксцентрик 1 охватывается эксцентриковым бугелем, состоящим из двух половин 2 и 3, стянутых болтами. К одной из этих половин 2 присоединяется на шпильках 4 эксцентриковая тяга 5, связанная щарнирно с золотниковым штоком. В том месте, где этот Шток проходит через стенку золотниковой коробки, делается сальник, не допускающий утечки пара1 из золотниковой коробки.

При вращении коленчатого вала вместе с ним вращается и эксцентрик, заставляя при этом двигаться золотник.

Плоскости перекрывающие при движении золотника паровые каналы, называются полями зол от ник а. У золотника без нерекрыш ширина этих полей равна ширине паровых каналов.

Правильное парораспределение с таким золотником будет достигнуто в том случае, если угол между направлением мотыля и направлением эксцентриситета будет равен 9СК причем эксцентрик должен опережать мотыль, или, другими словами, золотник должен опережать поршень.

палец мотыля показан в крайнем левом положении (в точке А). Если коленчатый вал вращается по направлению движения часовой стрелки, т. е. от точки А к точке Б и т. д., то эксцентрик будет находиться в среднем верхнем положении (как показано на рисунке), золотник также—в среднем положении, перекрывая своими поперечными стенками (полями) оба паровые канала.

Если сдвинуть коленчатый вал в указанном направлении, т. е. от точки А к точке Б, то золотник пойдет вправо, и через канал 3 в левую полость цилиндра будет поступать свежий пар. Войдя в эту полость, пар заставит поршень двигаться тоже вправо, и золотник все больше и больше будет открывать левый паровой канал. В это же время правый канал также будет открываться и через него отработавший пар из правой полости устремится во внутреннее пространство золотника и далее в трубу мятого (отработавшего) пара.

Когда мотыль опишет четверть окружности и займет положение Б г( 123,/), поршень пройдет примерно половину своего пути, а экс - центрик же займет положение ву при котором золотник придет в правое мертвое положение, полностью открыв левый канал для входа свежего пара, а правый — для выхода мятого.

Начиная с этого момента, мотыль начнет двигаться к точке Bf следовательно, поршень будет продолжать двигаться вправо,/ золотник же, как видно по положению эксцентрика, пойдет уже влево, перекрывая оба паровые канала. Когда мотыль придет в точку В эксцентрик будет находиться в положении г ( 123,//). При этом поршень будет находиться в правой мертвой точке, а золотник— в среднем положении.

При дальнейшем вращении коленчатого вала эксцентрик заставит золотник двигаться влево. При этом свежий пар через правый паровой канал будет поступать в правую полость, что заставит поршень также двигаться влево, а мотыль пойдет к точке Г. В это же время отработавший пар из левой полости через левый паровой канал может выходить во внутреннее пространство золотника и в выходное отверстие. Когда мотыль придет в точку Г. ( 123,///Л поршень пройдет примерно половину своего пути, а золотник окажется в левом мертвом положении. В этот момент оба паровых канала будут снова открыты, но теперь через правый паровой канал свежий пар будет входить в правую полость, а через левый—выходить из цилиндра. Под действием свежего пара поршень будет продолжать двигаться влево, а золотник пойдет вправо, постепенно перекрывая оба паровые канала. Наконец, когда поршень придет в левую мертвую точку, мотыль и золотник займут положение, показанное на 121.

Начиная от этого положения, описанный процесс парораспределения будет повторяться.

Таким образом, простой коробчатый золотник в первую половину хода поршня движется с ним в одну сторону, постепенно открывая паровые каналы, а во вторую половину хода поршня—в направлении, обратном движению поршня, закрывая постепенно эти каналы.

Следовательно, впуск и выпуск происходит в течение всего хода поршня. Такой способ парораспределения прост, но он имеет два существенных недостатка.

Во-первых, при таком парораспределении машина расходует?- большое количество пара, т. е. работает неэкономично. Пар из цилиндра выпускается при том же давлении, при котором он и поступал в него. Таким образом, пар в цилиндре не расширяется, и поэтому не используется работа, которая могла бы быть получена за счет его расширения.

Во-вторых, при таком парораспределении в машине появляются толчки, возникающие в шатунно-кривошипном механизме и нарушающие плавность работы машины. Они возникают в те моменты когда поршень находится в той или иной мертвой точке.

Допустим, что поршень движется от правой мертвой точки к левой. Поршень получает движение в результате давления пара, заполняющего правую полость цилиндра. Левая полость в это время сообщена с наружным пространством, поэтому пар имеет в ней дав- ление наружной среды. В момент прихода поршня в левую мертвую точку золотник откроет паровые каналы так что правая полость цилиндра сообщится с наружным пространством, а левая—с пространством свежего пара. Поэтому давление в правой полости снизится до давления наружной среды, а в левой—повысится до полного рабочего давления, вследствие чего пар будет давить на поршень в направлении слева направо. Такое изменение в направлении движущей силы на поршень происходит очень быстро, что и вызывает появление толчков в машине.

Вследствие отмеченных недостатков зблотники без перекрышей в настоящее время применяются только в небольших паровых машинах вспомогательного назначения, в которых расход пара не имеет большого значения.

В главных же паровых машинах применяются золотники с перекрышами,) не имеющие указанных выше недостатков.

Смотрите также:

Жесткого соединения с золотником тяга не имеет, чем достигается «слабина в золотниковом приводе.
Особен- щость парораспределения — впускные окна.

Рядом с цилиндром расположен парораспределительный механизм — золотниковая коробка
В коробке находится золотник — стержень с двумя клапанами.

На рисунке золотник 1 показан во включенном положении, а золотник 2 — в нейтральном. При одновременном включении нескольких золотников жидкость.

Стяжные болты 5 в нижней части имеют упоры, удерживающие от выпадения опорную плиту 6. Парораспределение осуществляется золотником А и клапанами а и б.

7. Запас рабочей жидкости для гидросистемы находится в баке б. Машиной управляют путем перемещения золотников г&4дрораспределителей 11.

Основные регулировки трактора Т-40. Регулировка положения золотников поршня гидроусилителя в процессе эксплуатации не выполняется.

Зазор между золотником и золотниковой втулкой обычно составляет 5—30 мкм.
Золотник 1 пружинами 4 и дистанционными втулками 3 устанавливают в среднее.

Главная Паровые машины Парораспределение на паровых машинах Золотниковое парораспределение

Цилиндр паровой машины с золотниковым парораспределением (фиг. 16, а)

имеет сбоку или сверху камеру 4, называемую золот никовой коробкой . На дне ее имеется два сквозных отверстия, которые каналами 2 и 6 соединены с обеими полостями цилиндра. Между этими каналами находится отверстие третьего канала 5, который ведет в паровыпускную трубу, т. е. служит для удаления отработавшего пара. Из котла пар по трубе 1 поступает в золотниковую коробку, но попасть в одну из полостей цилиндра он может в том случае, если плоский золотник 3 откроет соответствующий канал. Самопроизвольно пар попасть в цилиндр или выйти из него не может, так как золотник своим отшлифованным основанием плотно пригнан к той гладкой поверхности, по которой он движется. Эта поверхность называется золотниковым зеркалом .

Для выполнения процессов, отвечающих нормальной индикаторной диаграмме, золотник должен иметь перекрыши — внешние е и внутренние i (фиг. 16, б). От величины первых зависят моменты начала и конца впуска пара, а от вторых — моменты начала и конца выпуска пара. Длина окон обозначена через а.

Приводится золотник в движение от коренного вала 10 (фиг. 16, а) эксцентриком 9 через эксцентриковую тягу 8 и золотниковый шток 7.

Устройство эксцентрика показано на фиг. 17. На коренном валу 1 насажен и закреплен диск 2, центр которого находится в точке 0 ₁ , не совпадающей с центром вала 0. Расстояние 00 ₁ = r называется эксцентрицитетом .

Диск 2 охвачен хомутом 3, который состоит из двух половин, стянутых болтами. К хомуту присоединена эксцентриковая тяга 4, играющая роль шатуна. При вращении вала точка 0 ₁ описывает окружность вокруг точки 0 , и эксцентриковый диск 2, вращаясь в хомуте 3, заставляет его совершать возвратно-поступательное движение с размахом r в обе стороны от среднего положения. Вместе с хомутом будут совершать возвратно-поступательное движение и эксцентриковая тяга, шток и сам золотник. Следовательно, ход золотника h =2 r .

Таким образом, эксцентрик в основе своей — тот же кривошип. Удобство же использования эксцентрика заключается в том, что с его помощью можно создавать очень малые перемещения золотнику.

Когда золотник занимает среднее положение, перекрывая оба канала (фиг. 16,6), эксцентрицитет эксцентрика опережает кривошип вала на угол 90° + ?. Угол ? называется углом опережения эксцентр ика ; он должен быть таким, чтобы при мертвом положении поршня (схема а , фиг. 18) канал для впуска пара был уже открыт на величину V _е , называемую линейным предварением впуска .

На фиг. 18 показано шесть положений золотника, характеризующих последовательность процесса парораспределения в левой полости цилиндра.

Когда под действием маховика кривошип перейдет мертвую точку, паровпускное окно открыто и поршень под давлением пара будет двигаться вправо (схема а). По прохождении части пути золотник перекроет окно, отсекая доступ пара в цилиндр. Произойдет отсечка (схема б ).

Впущенный в цилиндр пар расширяется. Под давлением расширяющегося пара поршень продолжает двигаться, но еще до того, как он дойдет до правой мертвой точки, начинает открываться окно для выпуска пара (схема в ). Когда поршень придет в мертвую точку, окно для выпуска пара уже будет открыто на некоторую величину V _i называемую линейным предварением выпуска . Осуществляется предварение выпуска (схема г).

При обратном ходе поршня (влево) пар из левой полости цилиндра выталкивается поршнем (схема д). Когда поршень пройдет часть своего хода, золотник перекрывает окно и выпуск пара прекращается (схема е). Начинается сжатие отработавшего пара.

Затем периоды парораспределения будут повторяться: предварение впуска, впуск, расширение, предварение выпуска, выпуск, сжатие т. д.

Мы проследили основные моменты парораспределения в левой полости цилиндра. То же самое происходит и в правой полости. Все это повторяется за каждый оборот.

Для nого чтобы золотник открывал канал полностью, необходимо, чтобы

r ? (е + а).

Иногда золотники делают с перебегом. В этом случае

где с — перебег золотника . Такой золотник открывает канал а па полную длину не на одно мгновение, а оставляет его полностью открытым некоторое время, что уменьшает мятие пара.

Внутренние перекрыши i иногда делают отрицательными; при этом выпуск из одной полости начинается тогда, когда в другой полости еще продолжается выпуск пара. Отрицательные внутренние перекрыши (недокрыши) применяются для большего предварения выпуска и малой степени сжатия.

А. Абрамов и П. Хлебников

Самодельные электрические и паровые двигатели

Государственное Издательство Детской Литературы Министерства Просвещения РСФСР Москва 1946 Ленинград

Обложка В. Буравлева

Для среднего и старшего возраста

Ответственный редактор В. Касименко.

Технический редактор Р. Кравцова.

Самодельные электромоторы и трансформатор

Гальванической цепью Пфафф называл батарею элементов, и по сей день называемых гальваническими — в честь итальянского ученого Гальвани. И три маленьких элемента в батарейке для карманного фонаря тоже называются гальваническими элементами.

Рис. 1. Опыт с электромагнитом.

Притяжению восьми фунтов удивлялся Пфафф! А что сказать о теперешних электромагнитах, которые тянут с неслыханной силой? О магнитах, которые держат тысячи килограммов!

Вот попробуйте, сделайте себе небольшой электромагнит, и хоть вы живете на сто лет позже Пфаффа, работа электромагнита удивит вас не меньше.

Достаньте старый железный болт длиной примерно 10 см и диаметром 10 мм. Намотайте на него на длине 5—6 см медную изолированную проволоку диаметром 0,4—0,5 мм. Мотать нужно плотно, виток к витку, сначала один ряд, на «его второй, сверху третий, пока не намотаете 200—250 витков. Пойдет на это около 10 м проволоки.

Концы обмотки очистьте от изоляции и присоедините к пластинкам карманной батарейки. Испытайте, какой вес может удержать ваш самодельный электромагнит (рис. 1). Вы удивитесь, когда взвесите груз, который держит ваш электромагнит. Правда, недолго работает батарейка: ток в обмотке электромагнита для нее чересчур большая нагрузка. Имея электромагнит и батарейку, вы сможете проделать множество очень интересных опытов.

Все-таки удивительное дело: как только по проволоке проходит ток, болт становится магнитом и к нему подскакивают со стола легкие железные и стальные предметы.

Значит, что-то происходит вокруг магнита. Конечно, что-то происходит, и нетрудно даже увидеть, что именно.

Напилите побольше железных опилок и просейте их через мелкое сито. Положите на стол обыкновенный подковообразный магнит, накройте его листком плотной белой бумаги и посыпьте бумагу опилками. Ничего особенного не замечаете? Постучите по бумаге пальцем, чтобы опилкам легче было передвигаться по ней, и вы увидите, что опилки составят какие-то ясно различимые цепочки. Тут не может быть никакого сомнения: тонкие цепочки опилок соединили полюсы магнита. И вокруг магнита опилки расположились в определенном порядке. Они поместились плотнее у полюсов, а чем дальше, тем менее плотно (рис. 2). Физики назвали пространство вокруг магнита магнитным полем, а линии, по которым располагаются опилки, — силовыми линиями магнитного поля. Это знаменитый английский ученый Майкл Фарадей больше ста лет назад предложил пользоваться опилками, чтобы сделать „видимыми“ силовые линии магнитного поля.

С помощью железных опилок вы можете увидеть, что происходит с магнитным полем, когда к полюсам магнита приближается железный предмет. Подложите под бумагу к полюсам магнита небольшой железный ключик, постучите по бумаге — и вы увидите, что опилки быстро перестроятся в новую фигуру. Они сгустятся вокруг ключика, загнутся к нему: магнит притягивает (рис. 3).

Рис. 2. Магнитное поле подковообразного магнита.

Рис. 3. Магнит притягивает ключик.

Рис. 4. Магнит стремится повернуть стержень.

А попробуйте положите перед полюсами подковы небольшой намагниченный стержень и постучите по бумаге. Если около северного полюса подковообразного магнита оказался северный полюс стержня, цепочки опилок очень интересно перестроятся. От северного полюса подковообразного магнита линии поля загнутся, обойдут северный полюс стержня и пойдут к его южному полюсу. Они „не хотят“ соединяться с северным полюсом стержня.

Зато к этому полюсу стержня пойдут почти прямые линии от южного полюса подковы (рис. 4). Разноименные полюсы притягиваются друг к другу, а одноименные отталкиваются. Не будь трения, стержень повернулся бы.

Но идут ли линии поля вокруг магнита во все стороны? Можете проверить. Укрепите магнит на столе полюсами кверху. Покройте полюсы листком бумаги, насыпьте опилки и постучите по бумаге. Снова опилки образуют цепочки и покажут расположение силовых линий поля. Значит, и вдоль и поперек вокруг магнита идут линии поля, значит, наверняка идут они во -все стороны. Это тоже можно проверить. Укрепите магнит над столом на подставке полюсами вниз. Вырежьте из плотной бумаги маленькую лопаточку, наберите ею немного опилок и поднесите к полюсам магнита. Опилки подскочат и пристанут к магниту. Поднесите еще несколько порций опилок, и на полюсах магнита повиснет „беседка“, только „крышей“ вниз (рис. 5).

Цепочки опилок в этой „беседке“ расположатся точно так же, как располагались раньше, — вдоль и поперек магнита, только сейчас они идут во все стороны вокруг полюсов.

Для этого опыта нужен сильный магнит.

Пользуясь свойством электромагнита размагничиваться, как только выключается ток, можно получить непрерывное вращение железного стержня около полюсов — сделать электромотор.

Рис. 5. „Беседка“ из опилок.

Возьмите большой железный шуруп, намотайте на него 300 витков изолированной медной проволоки диаметром 0,2—0,25 мм и вверните в деревяшку. Вырежьте из жести от консервной банки десяток полосок, проколите их все посредине и наденьте на вязальную спицу. Чтобы полоски не расходились веером, оберните концы тоже жестяными, полосками.

Спицу-ось с якорем поставьте около шурупа (рис. 6) так, чтобы якорь проходил над ним как можно ближе. Теперь, если в обмотку пустить ток, винт намагнитится у притянет якорь. В этот момент ток надо выключить, но якорь не остановится: он с разгона проскочит дальше, потому что винт размагнитился и больше не притягивает якоря. Когда якорь будет приближаться к винту другим концом, снова включите ток. Электромагнит опять дернет к.себе якорь, но вы опять выключите ток, якорь снова проскочит над винтом и будет вращаться все время, пока вы будете включать и выключать ток.

В этой статье я расскажу, как изготовить данную версию парового двигателя. Способов сделать ее довольно много. Этот, возможно, не самый лучший, но работающий и доступный. Итак, паровая машина — одноцилиндровая, маховиковая.

Принцип работы

Наш двигатель, с физической точки зрения, можно назвать конвертером. Его работа — превращение энергии пара в механическую энергию с определенным КПД.

Пар из котла поступает в золотник(1), из него в цилиндр и давит на поршень. Поршень идет вниз и толкает кривошип(8), а он начинает вращать маховик(10). Маховик приводит в движение второй кривошип(11), который толкает тягу(12) треугольника(13). Треугольник поворачивается и толкает поршень(2) в золотнике, который перекрывает подачу пара и открывает выпускное отверстие. После, по инерции, главный поршень(6) начинает двигаться в противоположном направлении, выдавливая отработанный пар через выпускное отверстие. Цикл повторяется. Маховое колесо разгоняется и машина работает без перерыва.

Цилиндр

В качестве главного цилиндра я использовал многоразовый советский шприц.

Выкидываем все, кроме самого цилиндра. Хотя, возможно, лучше использовать латунную гильзу от ружья.

Золотник

Весь наш золотник будет состоять из небольшой трубки, которую можно найти в старой телескопической антенне. Нам нужен ее отрезок длиной ~27 мм и диаметром ~5 мм. Теперь, пропилите отверстие по середине и соедините это отверстие с отводом главного цилиндра.

Если в случае с гильзой, все просто: делаем дырку, припаиваем вплотную к отверстию гильзы, то с советским шприцем все гораздо сложнее. Отвод цилиндра не должен входить внутрь золотника, а, удерживаемый магическими силами, быть только в отверстии: в нем будет ходить золотниковый поршенек. При этом, необходимо обеспечить герметичность . Мне помог 100-ватный паяльник, олово и немного терпения. Также советую пройтись сверлом внутри золотника после окончания монтажа.

Главный поршень

Вы можете изготовить его из железа или полипропилена при наличии токарного станка. Однако у меня ничего подобного не было, поэтому поршень был отлит из олова прямо в цилиндре.

Все просто: расплавляем олово, затем быстро заливаем его в многоразовый шприц. Тем самым, получается литой, в прямом смысле этого слова, поршень. Как прикрепить к нему шток? — Никак, положите его рядом. 😀

Золотниковый поршень

Его я сделал из куска форсунки, которые обитают в газовых плитах. Нужно отпилить ее половину (без резьбы), затем обработать шкуркой, закрепив поршенек в дрели или шуруповерте.

Если чуток пропускает — это не страшно. 🙂 Подпаяйте к нему шток длиной ~30мм.

Маховик

Очень важный элемент, без него двигатель не сможет завершить цикл работы. Подойдет маховик из кассетного магнитофона.

В качестве подшипника можно использовать самую простую медную проволоку. Да, именно ее. Намотайте ее на ость маховика и залудите, но следите, чтобы вместе с проволокой не облудилась сама ось . Смажьте получившееся, предварительно закрепив подшипник на специальной подставке. (в моем случае это деталь от задвижного замка.)

Тяговый треугольник и кривошипы

Пожалуй самое сложное, эта деталь задает часть принцип работы двигателя: что и когда опускать/поднимать. Соотношение длин его плеч соответствует соотношению хода большого и малого поршня. В данном случае 2:1. (см. рис 104)

Установите треугольник на очередной самодельный подшипник с осью из болта и шести гаек. Будьте внимательны при расположении!

Нам необходимы кривошип и три штока. В этом мне помогли детали CD-привода, а для последнего я прикупил несколько велосипедных спиц. Взглянем на расположение элементов и их параметры:

Вся конструкция равномерно поднята на 24мм. Далее — кривошип главного поршня:

Не забудьте все смазать, движения должны быть легкими. Кривошип треугольника:

Также желательно сделать возможность изменять длину штока, идущего к треугольнику от кривошипа маховика. Будьте аккуратны при изготовлении.
Но это еще не конец. В следующей статье мы займемся настройкой двигателя и сборкой котла. Куда ж на пару и без воды?

Читайте также: