Продолжаем тему, которую я начал в прежней моей статье- «ПАРОВАЯ МАШИНА из СТАРОГО АВТОМОТОРА.. ВОЗМОЖНО ИЛИ НЕТ?».
Сегодня мы изучим, пожалуй, самую интересную часть этого дела – клапанный узел.
Итак – паровой поршневой двигатель требует наличие клапанов парораспределения. Такие клапана будут то открывать дорогу пару высокого давления из котла в цилиндр, то закрывать магистраль пара высокого давления и открывать путь из цилиндра в выпускную магистраль для отработавшего (мятого) пара. В паровозах, и прочей массовой паровой технике прошлого, на эту роль всегда ставился плоский золотник в коробчатом корпусе. Это самая простая, но и самая архаичная конструкция со многими недостатками. Самое интересное, что даже на продвинутых паровых автомобилях американцев братьев Добль в 20-х годах прошлого века, так же стояли плоские золотники парораспределения.
На этих автомобилях устанавливались крайне передовые прямоточные котлы, были совершенные конденсаторы, интересная электро-механическая автоматика, а вот парораспределение было крайне консервативной конструкции – плоские золотники в коробчатых корпусах.
Смотрите фото разреза силовой установки автомобиля братьев Добль, из технического журнала того времени. Там хорошо можно разглядеть плоский золотник. Точно такие же конструкции устанавливались и на пароходах «Либерти» с поршневыми паровыми машинами. Повторяю фото из моей прошлой статьи на эту тему. Кому интересно- то подробная статья о паровых машинах этого парохода ТУТ.
У многих интересующихся темой людей, сразу возникает вопрос- а почему вместо примитивных плоских золотников, не поставить тарельчатые клапана? Как в автомоторах. И действительно, в 40-х годах прошлого века, когда автомобильные и авиационные поршневые бензомоторы были хорошо освоены в производстве многими сотнями тысяч штук, и конструкция тарельчатых клапанов уже была вполне отработана, можно было бы взять и поставить на паровые машины тарельчатые клапана. Но, оказывается, что в паровой машине тарельчатые клапана будут иметь еще больше недостатков, чем плоский золотник.
Во- первых, в цилиндре паровой машины и в цилиндре бензомотора (или дизельмотора) прямо противоположно расположены зоны высокого и низкого давления. Т.е. в бензомоторе зона высокого давления- это пространство внутри цилиндра в момент вспышки топливо-воздушной смеси, А в паровой машине зона высокого давления- это поток пара из котла. Т.е. все наоборот, и клапана должны работать в прямо противоположном режиме.
Посмотрите внимательно на технические рисунки, и вы увидите, что при использовании обычной схемы тарельчатых клапанов, усилие запирания, которые должен держать клапан, будет создавать пружина клапана. Но силы такой пружины весьма ограничены. Давайте посчитаем.
Например, диаметр диска головки тарельчатого клапана (или клапанной тарелки) среднего автомотора составляет 40 мм. Толщина ножки стержня клапана 7-8 мм. Считаем площадь головки- – 12,5 кв.см. Площадь толщины ножки- 0,5 см. Итак, площадь запорного клапана, на которую давит пар из трубопровода от котла, составляет 12 кв.см.
И смотрим на силу, с которое будет давить пар на головку клапана. При давлении пара из котла Р = 6 кг/см2 , на головку давит 75 кг. При давлении из котла Р = 12 кг/см2 на головку клапана давит 150 кг. При Р = 25 кг/см2 уже давит сила в 300 кг.
А вот жесткость средней пружины клапана автомотора легкового авто составляет – от 60 кг до 90 кг. Т.е. пружина сможет держать только давление пара не более 6 кг/см2. .
Но вспомним, что паровозы еще 120 лет назад ходили на давлении пара из котла в среднем в 12 кг/см2. . На пароходах во времена Первой мировой войны было давление пара в котле уже в 15 кг/см2. . И т.д. и т.п.
Вывод из наших расчетов такой, что стандартный тарельчатый клапан с его пружинами для серьезных паровых машин совершенно не годится.
Конечно, можно использовать для паровых машин конструкцию нижнеклапанного привода клапанов. Эта конструкция несколько лучше подходит для паровой машины, но тоже имеет много ограничений. Но, главное, такие двигатели сейчас уже давным -давно не выпускаются, так как для бензиновых моторов и дизелей они имеет массу недостатков. Поэтому и считаются крайне устаревшей и несовершенной конструкцией.
Так же, у схемы тарельчатых клапанов сам проход узкого кольцевого пространства для подачи пара заметно меньше, чем окна, которые открывает золотник.
В итоге, можно сказать. что тарельчатые клапана для паровой машины совсем мало годятся. Хотя, такие попытки были и не раз за историю техники. Так, в 30-х годах прошлого века создавались специальные схемы тарельчатых клапанов. Но все они оказывались крайне сложной формы и были дорогими. Вот вам пример такой конструкции, на фото. Это конструкция клапана итальянского инженера Капротти. Клапанный механизм Caprotti - это тип клапанного механизма, который был создан в начале 1920-х годов итальянским архитектором и инженером Артуро Капротти. Капротти серьезно усовершенствовал и усложнил конструкцию стандартного тарельчатого клапана, чтобы приспособить такие клапаны для работы с паром значительного давления.
В продолжение этой темы- вот вам фото внешний вид парового двигателя паровоза с применением тарельчатых клапанов от реформатора паровозной техники 30-х и 40-х годов, француза Андре Шапельона. На фото - тарельчатый клапан с приводом от "качающегося" кулачка на одном из локомотивов Chapelon колесной формулы 4-6-2.
Итог этой статьи и прежних нескольких статей, которые были посвящены теме возможности или невозможности эффективной и дешевой переделки старого автомобильного мотора в режим работы на паре, таков- переделать обычный автодвигатель в паровую машину качественно практически невозможно. Работать все это будет плохо и малоэффективно. И одна из самых серьезных трудностей на таком пути- это невозможность стандартным тарельчатым клапанам работать с паром высокого давления.
Но где же тогда выход из такой ситуации, спросите вы. А ответ будет таким – на пару в режиме паровой машины лучше всего будет работать паровые роторные двигатели. Ибо им по своей конструкции клапана парораспределения вообще не нужны…
Вот, например, как хорошо работают паровые роторные двигатели -ВИДЕО моей конструкции и активно вырабатывают электричество.