प्रसार वाल्व (भाप इंजन)

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क्रॉस कंपाउंड इंजन, उच्च दबाव सिलेंडर पर विस्तार वाल्व (शीर्ष) के साथ

विस्तार वाल्व भाप इंजन वाल्व गियर में एक उपकरण है जो इंजन दक्षता में सुधार करता है। यह पिस्टन के पूर्ण स्पर्श (स्ट्रोक) के माध्यम से संचारण करने से पूर्व भाप की आपूर्ति बंद करके संचालित होता है। यह विच्छेदन भाप इंजन को सिलेंडर के भीतर विस्तार करने की अनुमति देता है।[1] यद्यपि विस्तृत होने पर इसका दवाब कम हो जाता है, तथापि प्रसारी भाप पिस्टन को चलाने के लिए पर्याप्त है।[lower-roman 1] चूंकि कम समय में कम भाप की आपूर्ति की जाती है जिसके लिए वाल्व खुला रहता है, विस्तार वाल्व का उपयोग भाप की खपत को कम करता है और इस प्रकार ईंधन की आवश्यकता होती है।[2]इंजन (1875 के आंकड़ों पर) केवल एक तिहाई भाप के लिए दो-तिहाई काम दे सकता है।[2]

संकेतक आरेख पिस्टन गतिविधि के साथ भाप दबाव दिखा रहा है

एक विस्तार वाल्व भाप इंजन के भीतर एक द्वितीयक वाल्व है। वे भाप इंजनों के बीच एक मध्यवर्ती कदम का प्रतिनिधित्व करते हैं जो गैर-विस्तृत कार्य और बाद में वाल्व गियर्स के साथ होते हैं जो एकल वाल्व की गति को नियंत्रित करके विस्तार प्रदान कर सकते हैं।

विस्तार वाल्व का उपयोग स्थिर इंजन और समुद्री भाप इंजन के लिए किया गया था।[1]वे इंजन के लिए उपयोग नहीं किये जाते थे, जबकि चर विस्तार वाल्व गियर के उपयोग से विस्तृत कार्य प्राप्त किये जाते थे।

विभिन्न विस्तार की आवश्यकता

विस्तारित भाप का दबाव बॉयलर से सीधे आपूर्ति की गई भाप से कम होता है। इसलिए एक शीघ्र विच्छेदन पर निर्धारित किया गया विस्तार वाल्व के साथ काम करने वाला इंजन पूरी तरह से विवृत वाल्व की तुलना में कम शक्तिशाली होता है। तदनुसार, अब इंजन का परिचालन अनिवार्य है, जिससे इंजन पर भार के परिवर्तन के अनुसार वाल्व को हस्तचालन से समायोजित किया जा सके। न्यूनतम भार पर चलने वाला इंजन शीघ्र विच्छेदन के साथ कुशलता से संचालित हो सकता है, अधिक भार के इंजन को लंबे समय तक विच्छेदन और अधिक भाप उपभोग की लागत की आवश्यकता हो सकती है।

जब रिचर्ड ट्रेविथिक ने ट्रेडेगर आयरन वर्क्स (ट्रेडेगर) में एक रोलिंग मिल के लिए अपने 1801 इंजन की आपूर्ति की[lower-roman 2] विस्ताररहित काम करने वाला इंजन अधिक शक्तिशाली था [3] और आयरनमास्टर सैमुअल होमफ्रे ने कोयले की लागत में संभावित बचत के होते हुए भी अतिरिक्त ऊर्जा का उपयोग करने में अधिमत थे।[4]


ग्रिडिरॉन विस्तार वाल्व

पारंपरिक स्लाइड वाल्व के साथ स्वतंत्र ग्रिडिरॉन वाल्व
एक ग्रिडिरॉन विस्तार वाल्व चलाने के लिए उत्केंद्रक और अलग-अलग अनुपात लिंकेज

ग्रिडिरॉन वाल्व[5] विस्तार वाल्व के पहले रूपों में से एक था।[1]ग्रिडिरोन वाल्व ओवरलैपिंग स्लैट्स के साथ दो प्लेटों की व्यवस्था है। एक प्लेट हिल सकती है ताकि उसके स्लैट्स दूसरी प्लेट के स्लैट्स या उनके बीच स्लॉट्स को ओवरलैप कर सकें, इस प्रकार या तो खुले या बंद हो सकते हैं। इसमें अपेक्षाकृत बड़े उद्घाटन (कुल क्षेत्रफल के आधे तक) और तेजी से खुलने के फायदे हैं, जिसे पूरी तरह से खुले से पूरी तरह से बंद करने के लिए बदलने के लिए केवल एक स्लैट चौड़ाई से स्थानांतरित करने की आवश्यकता है। इसका नुकसान यह है कि वे विशेष रूप से अच्छी तरह से सील नहीं करते हैं। एक ग्रिडिरोन वाल्व के लिए कम सक्रिय दूरी के कारण उनके वाल्व का समय अपेक्षाकृत कम होगा यदि सनकी वाल्व गियर या समान के साथ प्रयोग किया जाता है। कुछ बड़े भाप इंजनों ने बाद में उन्हें प्राथमिक वाल्व के रूप में इस्तेमाल किया, या तो एलपी सिलेंडरों के लिए निकास वाल्व के रूप में[6] या ट्रिप वाल्व गियर के संयोजन में इनलेट वाल्व के रूप में | ट्रिप-[7]या कैम वाल्व गियर ।[8][lower-roman 3]

जहां ग्रिडिरोन वाल्वों को द्वितीयक वाल्वों के रूप में उपयोग किया जाता है, वे आमतौर पर प्राथमिक स्लाइड वाल्व के लिए वाल्व कक्ष के इनलेट साइड पर लगाए जाते थे। वे एक अलग वाल्व गियर द्वारा संचालित होते थे, आमतौर पर एक अलग सनकी (तंत्र) जो मुख्य सनकी से पहले सेट होता था।[1]संचालन करते समय, अतिरिक्त अग्रिम मुख्य वाल्व के आगे कट-ऑफ लगाने के लिए ग्रिडिरोन वाल्व को स्थानांतरित करता है। उनके द्वारा प्रदान किए जाने वाले विस्तार को बदलने के लिए, सनकी ड्राइव के स्ट्रोक को समायोज्य लिंकेज से अलग किया जा सकता है। जब इसे शून्य फेंक पर समायोजित किया जाता है, तो विस्तार वाल्व पूरी तरह से खुला रहता है और इंजन बिना विस्तार के काम करता है।[1] यद्यपि द्वितीयक ग्रिडिरोन वाल्व का उपयोग एक प्रारंभिक तकनीक थी, यह स्थिर इंजनों के पूरे इतिहास में तेजी से परिष्कृत वाल्वों और सक्रियता के साथ भी सेवा में बनी रही। McIntosh और Seymour इंजनों ने एक कैम और टॉगल व्यवस्था द्वारा संचालित एक का उपयोग किया जो रुक-रुक कर चलता था और खुला होने पर स्थिर रहता था, सटीक समय देता था, और प्रत्येक वाल्व आंदोलन का स्वतंत्र समायोजन करता था।[9] मेयर वाल्व के तरीके में ग्रिडिरॉन वाल्व का उपयोग स्लाइड वाल्व के पीछे भी किया जाता था।[7] यह 1869 में ग्लासगो के जॉन टर्नबुल का पेटेंट था।[10]


मेयर विस्तार वाल्व

गिमसन एंड कंपनी बीम इंजन , मेयर विस्तार वाल्व के साथ लगाया गया

विस्तार वाल्व का सबसे प्रसिद्ध डिजाइन फ्रांसीसी इंजीनियरजीन-जैक्स मेयर (1804-1877) का आविष्कार मेयर था, जिन्होंने 20 अक्टूबर 1841 को एकस्व अधिकार पत्र के लिए आवेदन किया था। जेम्स मॉरिस द्वारा एक समान वाल्व का एकस्वीकृत कराया गया था।[11] एक दूसरा सर्पण (स्लाइड) वाल्व एक अनुकूलित मुख्य सर्पण वाल्व के पीछे सवारी करता है और एक अतिरिक्त उत्केंद्रक द्वारा संचालित होता है। मेयर वाल्व में, विस्तार वाल्व की प्रभावी लंबाई[lower-roman 4] इंजन के चलने के दौरान हैंडव्हील से बदला जा सकता है। वाल्व में दो सिर होते हैं जो हैंडव्हील वाल्व दण्ड (रॉड) पर बाएं और दाएं हाथ के कड़ियों पर लगे होते हैं जिससे पहिया घूमने से सिरे एक साथ या अलग हो जाएं।[12][13] इस व्यवस्था में विच्छेदन को सामान्य हस्तचालन रूप से नियंत्रित किया जाता है। यद्यपि स्वत: नियंत्रण का प्रयास किया गया था, यह प्रभावी होने के लिए बहुत धीमी गति से काम कर रहा था।

स्निबस्टन डिस्कवरी संग्रहालय और कोलहम पम्पिंग स्टेशन में प्रदर्शित इंजनों में मेयर विस्तार वाल्व हैं।[14]


यौगिक इंजन

विस्तार वाल्व भी मिश्रित भाप इंजनों के लिए लगाए गए थे। दोनों तकनीकें अधिक जटिलता की कीमत पर भी अधिक दक्षता प्राप्त करने का प्रयास हैं।

विस्तार वाल्वों को केवल एचपी (उच्च दबाव) सिलेंडर में लगाया जाना सामान्य था। निम्नलिखित एलपी (निम्न-दाब) सिलेंडर को आपूर्ति की गई भाप इंजन को पहले ही दी जा चुकी है, इसलिए इसे संरक्षित करने का बहुत कम लाभ है। एलपी सिलेंडर में स्टीम इनलेट का कोई भी प्रारंभिक विच्छेदन पूर्ववर्ती एचपी सिलेंडर के निकास का उपरोधन और उस सिलेंडर की दक्षता में कमी का प्रतिनिधित्व कर सकता है।

परिष्कृत वाल्व गियर वाले बाद के यौगिक मिल इंजन ने प्रायः एलपी सिलेंडर के लिए एक सरल पारंपरिक सर्पण वाल्व को बनाए रखते हुए जटिल गियर को एचपी सिलेंडर में फिट किया। वाल्व ड्रॉप वाल्व एचपी इनलेट्स, कॉर्लिस एचपी एग्जॉस्ट और मेयर एक्सपेंशन वाल्व के साथ एलपी स्लाइड वाल्व के चार अलग-अलग सेट के उदाहरण मौजूद हैं।[15]


लिंक वाल्व गियर

अलग विस्तार वाल्व के बाद के विकास ने अधिक परिष्कृत वाल्व गियर का नेतृत्व किया जो एक वाल्व के साथ अलग-अलग इनलेट लैप के समान लक्ष्य को प्राप्त कर सकता था। इनमें से पहले लिंक वाल्व गियर थे, विशेष रूप से स्टीफेंसन लिंक वाल्व गियर । यह उनके बीच एक स्लाइडिंग लिंक तंत्र के साथ उत्केंद्री की एक जोड़ी का उपयोग करता है जो एक यांत्रिक उपकरण को जोड़ने वाले के रूप में कार्य करता है। मध्यवर्ती स्थिति का चयन बढ़ते विच्छेदन के प्रभाव के साथ वाल्व प्रवर्तन प्रदान करता है। जैसे कि वाल्व गियर भी प्रदान किए गए थे, और पहले रिवर्सिंग के लिए विकसित किए गए थे भाप इंजन पर व्यापक रूप से उपयोग किए गए थे। सैद्धांतिक रूप से, सटीक प्रभाव पहले के विच्छेदन के अपेक्षाकृत कम वाल्व संचारण का है। यह समग्र वाल्व खोलने को कम करने, प्रारंभिक भाप की आपूर्ति को कम करने और इसलिए शुद्ध विस्तार के बजाय वायर-ड्राइंग का प्रभाव होने का प्रभाव है।[16] इसके बाद भी स्टीफेंसन गियर लोकोमोटिव के लिए दो सबसे व्यापक रूप से प्रयोग किए जाने वाले गियर में से एक बन गया।

स्वचालित अभिनियंत्रक

'स्वचालित' इंजन, और बदले में उच्च गति वाले इंजन, बढ़ती गति पर संचालित होते हैं और भिन्न-भिन्न भार के अंतर्गत उनकी गति के अधिक सटीक नियंत्रण की आवश्यकता होती है। इसके लिए विस्तार वाल्व गियर में उनके अभिनियंत्रक के युग्मन की आवश्यकता थी। जेम्स वॉट के केन्द्रापसारक अभिनियंत्रक और उपरोधी वाल्व वाले पहले के इंजन कम शक्ति पर काम करते समय अयोग्य हो जाते थे।

रिचर्डसन गवर्नर[17] का उपयोग उनके नियोक्ता रॉबी एंड कंपनी द्वारा निर्मित स्थिर और पोर्टेबल इंजनों के लिए किया गया था।[18] यह एक साधारण लिंक वाल्व गियर है जो एक केन्द्रापसारक अभिनियंत्रक द्वारा स्वचालित रूप से नियंत्रित होता है। ऑसिलेटिंग लिंक के भीतर डाई-ब्लॉक स्थिति के स्टीफेंसन के हस्तचालन नियंत्रण के अपेक्षाकृत रिचर्डसन गवर्नर इसे इंजन की गति के अनुसार समायोजित करता है। यह सामान्यतः मेयर वाल्व के समान संचालित होता है जिसमें दो उत्केंद्रक द्वारा संचालित दो वाल्व होते हैं और मेयर के हस्तचालन हैंडव्हील के अपेक्षाकृत रिचर्डसन अभिनियंत्रक का उपयोग किया जाता है।[19] इसने स्टीफेंसन की कम वाल्व यात्रा की वायर-ड्राइंग समस्या से बचा लिया और स्थिर इंजनों के लिए बेहतर दक्षता जो लंबे समय तक कम शक्ति पर चल सकती थी।

परवर्ती प्रकार का वाल्व

उच्च-गति इंजन के पूर्ण विकसित रूपों में (लगभग 1900 से) हालांकि विस्तार को एक अलग विस्तार वाल्व के अपेक्षाकृत एकल वाल्व के समय को नियंत्रित किया गया था।[lower-roman 5] इससे और अधिक जटिल वाल्व प्रकार उत्पन्न हुए जैसे कि पॉपट वॉल्व प्रायः संयोजन के अपेक्षाकृत कैमरा-आधारित वाल्व गियर द्वारा संचालित होते हैं।[lower-roman 6]अतितापन के बढ़ते उपयोग ने पिस्टन वाल्व (भाप इंजन) स्लाइड वाल्व के प्रतिस्थापन को प्रोत्साहित किया क्योंकि ये बढ़े हुए सकारक तापमान पर लुब्रिकेट करना आसान था। उन्होंने प्राथमिक वाल्वों की पीठ पर चलने वाले मेयर जैसे द्वितीयक वाल्वों का उपयोग करना भी अव्यावहारिक बना दिया। संभवतः एक विस्तार वाल्व के रूप में एक माध्यमिक वाल्व का उपयोग करने के लिए अंतिम नया डिज़ाइन मिडलैंड रेलवे पगेट लोकोमोटिव था, जो अपने कच्चा लोहा धूर्णी वाल्वों के चारों ओर विस्तार वाल्व के रूप में कांस्य आवरण का प्रयोग करता था।[20] दो वाल्व सामग्री के अंतर थर्मल विस्तार के साथ यांत्रिक समस्याओं के कारण यह रचना असफल रही।[21]


पाद टिप्पणी

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  1. ↑ This fall of pressure with expansion is inevitable, according to Boyle's law.[2]
  2. ↑ This engine was one of the first to employ any cut-off and deliberate expansion of steam. However this cut-off was fixed and could not be varied whilst the engine was working.
  3. ↑ A desmodromic cam-driven valve gear with very fast-acting gridiron valves driven at half crankshaft speed was a key feature of Ferranti's high-speed cross compound vertical generating engines.[8]
  4. ↑ This length, relative to the port spacing, controls the inlet lap of the valve.
  5. ↑ As this was the timing of the valve that was controlled, not its stroke, it avoided some of the Stephenson link's throttling drawback.
  6. ↑ Link and radius valve gears are simple to make but have performance limitations. Arbitrarily-shaped cams can offer valve control tailored closer to an ideal operation, although they were difficult to manufacture accurately and their performance worsened dramatically as they wore. Improvements to machining techniques, metallurgy and lubrication increasingly favoured the cams.


संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 Evers, Henry (1875). Steam and the Steam Engine: Land and Marine. Glasgow: Williams Collins. pp. 78–81.
  2. ↑ 2.0 2.1 2.2 Evers (1875), pp. 51–53.
  3. ↑ Hills 1989, p. 102
  4. ↑ Trevithick, Francis (1872). Life of Richard Trevithick with an Account of his Inventions. Vol. II. p. 132.
  5. ↑ Evers (1875), pp. 73–74.
  6. ↑ Southworth (1986), p. 26
  7. ↑ 7.0 7.1 Hills 1989, p. 188
  8. ↑ 8.0 8.1 Hills 1989, pp. 226–227
  9. ↑ Hawkins, Nehemiah (1897). New Catechism of the Steam Engine. New York: Theo Audel. pp. 97–99.
  10. ↑ GB 3207, published 1869-11-05 
  11. ↑ GB 9571, James Morris, published 1842-12-22 
  12. ↑ Southworth, P.J.M. (1986). Some Early Robey Steam Engines. P.J.M. Southworth. pp. 4, 21–22, 24. ISBN 0-9511856-0-8.
  13. ↑ "The expansion slide valve and governors". Old Engine House. Archived from the original on 2012-02-04. Retrieved 2012-03-30.
  14. ↑ Hills, Richard L. (1989). Power from Steam. Cambridge University Press. p. 174. ISBN 0-521-45834-X.
  15. ↑ Robey & Co. engine of 1887 Southworth (1986), pp. 21–22, 24
  16. ↑ Evers (1875), p. 78
  17. ↑ GB 14753, John Richardson, published 1885 
  18. ↑ "The Richardson Governor". Old Engine House. Archived from the original on 2011-09-19. Retrieved 2012-03-30.
  19. ↑ Southworth (1986), p. 20
  20. ↑ Ahrons, E.L. (1966). The British Steam Railway Locomotive. Vol. I, to 1925. Ian Allan. p. 345.
  21. ↑ Self, Douglas (8 February 2004). "The Paget Locomotive". Loco Loco gallery.
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