Mecanismo de las válvula Corliss

George Corliss recibió la Patente USPTO n.º 6162 para su accionamiento de válvulas el 10 de marzo de 1849. Esta patente cubría el uso de una muñequera para transmitir el movimiento de las válvulas mediante una sola excéntrica a las cuatro válvulas del motor, y cubría el uso de válvulas de disparo con corte variable bajo el regulador de control que caracterizaba a los motores Corliss.[5]​ A diferencia de los motores posteriores, la mayoría de los cuales eran horizontales, esta patente describe un motor vertical, y utilizaba válvulas deslizantes individuales para la admisión y el escape en cada extremo del cilindro.

Las válvulas de entrada se abren con un trinquete "Trinquete (mecánica)") excéntrico; cuando se dispara el trinquete, el cierre rápido se amortigua con una lengüeta. En muchos motores, esta lengüeta funciona como un resorte de vacío para cerrar las válvulas, pero los primeros motores de Corliss fueron lo suficientemente lentos como para que el peso del pistón y la varilla cerraran la válvula.

La velocidad de un motor Corliss se controlaba variando el corte de vapor durante cada ciclo de potencia, mientras se dejaba el acelerador completamente abierto en todo momento. Para lograr esto, el regulador centrífugo estaba conectado a un par de levas, una para cada válvula de admisión. Estas levas determinaban el punto durante la carrera del pistón que liberaraba el trinquete, permitiendo que la válvula se cerrara.

Al igual que con todas las máquinas de vapor donde se puede regular el corte, la virtud de hacerlo radica en el hecho de que la mayor parte de la carrera de potencia es impulsada por la expansión de vapor en el cilindro después de que la válvula de admisión se ha cerrado. Esto se acerca mucho más al ciclo de Carnot ideal de lo que es posible con un motor donde la válvula de admisión está abierta durante la carrera de potencia y la velocidad está regulada por una válvula de mariposa.

El engranaje de la válvula Corliss permitió una velocidad más uniforme y una mejor respuesta a los cambios de carga, lo que lo hacía adecuado para aplicaciones como trenes de laminación e hilatura, y expandió enormemente su uso en las fábricas.[6]​[7]​.

Válvulas de Corliss

Las válvulas Corliss se abren directamente en el cilindro, y permiten separar las cámaras de vapor y de escape. Inicialmente, Corliss usó válvulas de corredera con actuadores lineales, pero en 1851, había cambiado a actuadores de válvula semi-rotativos, como se documenta en la patente de EE. UU. 8253.[8]​ En este motor, la placa excéntrica se movió al centro del lado del cilindro, como en los motores Corliss posteriores. Sin embargo, todavía era un motor de balancín, y los actuadores de válvula semi-rotativa operaban válvulas de deslizamiento lineales dentro de los cuatro cofres de válvulas del motor.

Las válvulas Corliss tienen la forma de un segmento circular menor, que gira dentro de una cara cilíndrica de la válvula. Su mecanismo de accionamiento está desactivado a lo largo del eje de la válvula, por lo que tienen poco "espacio muerto", como el vástago de una válvula de asiento, y toda la zona de inserción se puede utilizar de manera eficiente para el flujo del vapor.

Como el área de una válvula Corliss es pequeña en comparación con el área del puerto, los efectos del flujo de gas generan un par relativamente pequeño en el eje de la válvula en comparación con otros tipos de válvulas. Estas ventajas han llevado a que la forma de las válvulas Corliss se use en otras funciones, aparte de las máquinas de vapor con equipo Corliss.

El motor aerodinámico Rolls-Royce Merlin utilizaba una válvula de mariposa rectangular como acelerador. Las fuerzas de flujo de gas que actúan de manera asimétrica en esta mariposa podrían conducir a un control deficiente de la potencia en algunas circunstancias. Los últimos modelos, del 134, utilizaron una válvula de mariposa Corliss para evitar este problema.[9]​.

Desligado del volante de inercia

Una característica común de los motores Corliss grandes es uno o dos juegos de dientes de engranaje estrechos en el borde del volante de inercia.[10]​ Estos dientes permiten que el volante de inercia quede excluido, es decir, se podía desligar con la ayuda de una barra de hierro.[11]​ Esto puede ser necesario durante el mantenimiento del motor, por ejemplo, para ajustar el corte y la sincronización de la válvula de admisión, y puede ser necesario durante el arranque del motor.

La necesidad de bloquear el motor durante el arranque es más evidente en los motores de un solo cilindro, donde un operador descuidado del motor podría detener el motor con el pistón en el punto muerto "Punto muerto (mecánica)") o cerca de él. Una vez parado en este estado, el motor no puede arrancarse por su propia potencia, por lo que debe estar en una posición más favorable para arrancar.

Los motores Corliss grandes no pueden arrancarse en frío de manera eficaz, por lo que era común suministrar vapor a baja presión a ambos lados del cilindro para calentar las piezas metálicas. Girar el motor lentamente durante este proceso facilita que se caliente uniformemente y garantiza que el aceite se distribuya uniformemente a través del mecanismo antes de aplicar el vapor al máximo.[12]​ Nuevamente, se puede usar la restricción para hacer esto, aunque los operadores a veces lo hacen mediante una manipulación manual cuidadosa de la válvula.[13]​.

Para motores grandes, la fuerza de los brazos puede no ser suficientemente para ajustar la máquina Corliss, por lo que frecuentemente se instalaban motores de restricción.[14]​ Eran motores pequeños, con dientes de engranaje cortados para acoplarse con los dientes del volante. En general, los engranajes impulsores del motor de restricción estaban diseñados para desconectarse automáticamente si el motor comenzaba a funcionar por su propia potencia mientras los engranajes de restricción estaban activados.

Mecanismo de las válvula Corliss

George Corliss recibió la Patente USPTO n.º 6162 para su accionamiento de válvulas el 10 de marzo de 1849. Esta patente cubría el uso de una muñequera para transmitir el movimiento de las válvulas mediante una sola excéntrica a las cuatro válvulas del motor, y cubría el uso de válvulas de disparo con corte variable bajo el regulador de control que caracterizaba a los motores Corliss.[5]​ A diferencia de los motores posteriores, la mayoría de los cuales eran horizontales, esta patente describe un motor vertical, y utilizaba válvulas deslizantes individuales para la admisión y el escape en cada extremo del cilindro.

Las válvulas de entrada se abren con un trinquete "Trinquete (mecánica)") excéntrico; cuando se dispara el trinquete, el cierre rápido se amortigua con una lengüeta. En muchos motores, esta lengüeta funciona como un resorte de vacío para cerrar las válvulas, pero los primeros motores de Corliss fueron lo suficientemente lentos como para que el peso del pistón y la varilla cerraran la válvula.

La velocidad de un motor Corliss se controlaba variando el corte de vapor durante cada ciclo de potencia, mientras se dejaba el acelerador completamente abierto en todo momento. Para lograr esto, el regulador centrífugo estaba conectado a un par de levas, una para cada válvula de admisión. Estas levas determinaban el punto durante la carrera del pistón que liberaraba el trinquete, permitiendo que la válvula se cerrara.

Al igual que con todas las máquinas de vapor donde se puede regular el corte, la virtud de hacerlo radica en el hecho de que la mayor parte de la carrera de potencia es impulsada por la expansión de vapor en el cilindro después de que la válvula de admisión se ha cerrado. Esto se acerca mucho más al ciclo de Carnot ideal de lo que es posible con un motor donde la válvula de admisión está abierta durante la carrera de potencia y la velocidad está regulada por una válvula de mariposa.

El engranaje de la válvula Corliss permitió una velocidad más uniforme y una mejor respuesta a los cambios de carga, lo que lo hacía adecuado para aplicaciones como trenes de laminación e hilatura, y expandió enormemente su uso en las fábricas.[6]​[7]​.

Válvulas de Corliss

Las válvulas Corliss se abren directamente en el cilindro, y permiten separar las cámaras de vapor y de escape. Inicialmente, Corliss usó válvulas de corredera con actuadores lineales, pero en 1851, había cambiado a actuadores de válvula semi-rotativos, como se documenta en la patente de EE. UU. 8253.[8]​ En este motor, la placa excéntrica se movió al centro del lado del cilindro, como en los motores Corliss posteriores. Sin embargo, todavía era un motor de balancín, y los actuadores de válvula semi-rotativa operaban válvulas de deslizamiento lineales dentro de los cuatro cofres de válvulas del motor.

Las válvulas Corliss tienen la forma de un segmento circular menor, que gira dentro de una cara cilíndrica de la válvula. Su mecanismo de accionamiento está desactivado a lo largo del eje de la válvula, por lo que tienen poco "espacio muerto", como el vástago de una válvula de asiento, y toda la zona de inserción se puede utilizar de manera eficiente para el flujo del vapor.

Como el área de una válvula Corliss es pequeña en comparación con el área del puerto, los efectos del flujo de gas generan un par relativamente pequeño en el eje de la válvula en comparación con otros tipos de válvulas. Estas ventajas han llevado a que la forma de las válvulas Corliss se use en otras funciones, aparte de las máquinas de vapor con equipo Corliss.

El motor aerodinámico Rolls-Royce Merlin utilizaba una válvula de mariposa rectangular como acelerador. Las fuerzas de flujo de gas que actúan de manera asimétrica en esta mariposa podrían conducir a un control deficiente de la potencia en algunas circunstancias. Los últimos modelos, del 134, utilizaron una válvula de mariposa Corliss para evitar este problema.[9]​.

Desligado del volante de inercia

Una característica común de los motores Corliss grandes es uno o dos juegos de dientes de engranaje estrechos en el borde del volante de inercia.[10]​ Estos dientes permiten que el volante de inercia quede excluido, es decir, se podía desligar con la ayuda de una barra de hierro.[11]​ Esto puede ser necesario durante el mantenimiento del motor, por ejemplo, para ajustar el corte y la sincronización de la válvula de admisión, y puede ser necesario durante el arranque del motor.

La necesidad de bloquear el motor durante el arranque es más evidente en los motores de un solo cilindro, donde un operador descuidado del motor podría detener el motor con el pistón en el punto muerto "Punto muerto (mecánica)") o cerca de él. Una vez parado en este estado, el motor no puede arrancarse por su propia potencia, por lo que debe estar en una posición más favorable para arrancar.

Los motores Corliss grandes no pueden arrancarse en frío de manera eficaz, por lo que era común suministrar vapor a baja presión a ambos lados del cilindro para calentar las piezas metálicas. Girar el motor lentamente durante este proceso facilita que se caliente uniformemente y garantiza que el aceite se distribuya uniformemente a través del mecanismo antes de aplicar el vapor al máximo.[12]​ Nuevamente, se puede usar la restricción para hacer esto, aunque los operadores a veces lo hacen mediante una manipulación manual cuidadosa de la válvula.[13]​.

Para motores grandes, la fuerza de los brazos puede no ser suficientemente para ajustar la máquina Corliss, por lo que frecuentemente se instalaban motores de restricción.[14]​ Eran motores pequeños, con dientes de engranaje cortados para acoplarse con los dientes del volante. En general, los engranajes impulsores del motor de restricción estaban diseñados para desconectarse automáticamente si el motor comenzaba a funcionar por su propia potencia mientras los engranajes de restricción estaban activados.