प्रसार वाल्व (भाप इंजन)

प्रसार वाल्व (भाप इंजन) वाल्व गियर में एक उपकरण है जो इंजन की 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। यद्यपि विस्तृत होने पर इसका दवाब कम हो जाता है, तथापि प्रसारी भाप पिस्टन को चलाने के लिए पर्याप्त है। चूंकि कम समय में कम भाप की आपूर्ति की जाती है जिसके लिए वाल्व खुला रहता है, प्रसार वाल्व का उपयोग भाप की खपत को कम करता है और इस प्रकार ईंधन की आवश्यकता होती है। इंजन (1875 के आंकड़ों पर) केवल एक तिहाई भाप के लिए दो-तिहाई काम दे सकता है।

एक प्रसार वाल्व भाप इंजन के भीतर एक द्वितीयक वाल्व है। वे विस्तृतरहित कार्य के भाप इंजन के बीच एक मध्यस्थ का प्रतिनिधित्व करते हैं और वाल्व गियर् एकल वाल्व की गति को नियंत्रित करके विस्तार प्रदान कर सकते हैं।

प्रसार वाल्व का उपयोग स्थिर इंजन और समुद्री भाप इंजन के लिए किया गया था। वे इंजन के लिए उपयोग नहीं किये जाते थे, जबकि चर प्रसार 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 प्रसार 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 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, विस्ताररहित काम करने वाला इंजन अधिक शक्तिशाली था और आयरनमास्टर सैमुअल होमफ्रे ने कोयले की लागत में संभावित बचत के होते हुए भी अतिरिक्त ऊर्जा का उपयोग करने में अधिमत थे।

ग्रिडिरॉन प्रसार वाल्व
ग्रिडिरॉन वाल्व प्रसार वाल्व के पूर्व रूपों में से एक था। ग्रिडिरोन वाल्व अधिव्यापी स्लैट्स के साथ दो प्लेटों की व्यवस्था है। एक प्लेट हिल सकती है ताकि इसके स्लैट्स दूसरी प्लेट के स्लैट्स या इनके मध्य छिद्र को अधिव्याप्त कर सकें,जिससे यह या तो खुले या बंद हो सकते हैं। इसमें अपेक्षाकृत बड़ी खुली जगह (कुल क्षेत्रफल के आधे तक) और तेजी से खुलने के लाभ हैं, जिसे पूरी तरह से खुलने से बंद होने तक के परिवर्तन के लिए केवल एक स्लैट चौड़ाई से स्थानांतरित करने की आवश्यकता है। इससे हानि यह है कि वे बहुत अच्छी तरह से बंद नहीं करते हैं। एक ग्रिडिरोन वाल्व के लिए कम सक्रिय दूरी के कारण उनके वाल्व का समय अपेक्षाकृत कम होगा यदि उत्केन्द्र या समान वाल्व गियर के साथ प्रयोग किया जाता है। कुछ बड़े भाप इंजन ने बाद में उन्हें प्राथमिक वाल्व के रूप में या तो एलपी सिलेंडरों के लिए निकास वाल्व के रूप में या ट्रिप वाल्व गियर या कैम वाल्व गियर के संयोजन के रूप में अंतर्गमन वाल्व के रूप में प्रयोग किया। जहां ग्रिडिरोन वाल्व को द्वितीयक वाल्व के रूप में उपयोग किया जाता है, वे सामान्यतः प्राथमिक सरस्थ वाल्व के लिए वाल्व कक्ष के अंतर्गम सिरे पर लगाए जाते थे। सामान्यतः एक भिन्न उत्केंद्री समुच्चय से मुख्य उत्केंद्री (तंत्र) के विकास में, वे एक पृथक वाल्व गियर द्वारा संचालित होते थे। संचालन करते समय, अतिरिक्त अग्रिम मुख्य वाल्व के आगे विच्छेदन लगाने के लिए ग्रिडिरोन वाल्व को स्थानांतरित करता है। उनके द्वारा प्रदान किए जाने वाले विस्तार को परिवर्तन करने के लिए, उत्केंद्री चालन प्रहार को समायोज्य संयोजन से परिवर्तित किया जा सकता है। जब इसे शून्य पर गिराकर समायोजित किया जाता है, तो प्रसार वाल्व पूरी तरह से खुला रहता है और इंजन बिना विस्तार के काम करता है। यद्यपि द्वितीयक ग्रिडिरोन वाल्व का उपयोग एक प्रारंभिक तकनीक थी, यह स्थिर इंजन के पूरे इतिहास में तेजी से परिष्कृत वाल्व और सक्रियता के साथ सेवा में बनी रही। मैकिन्टोश और सेयमोर इंजन ने एक कैम और टॉगल व्यवस्था द्वारा संचालित इसका उपयोग किया जो रुक-रुक कर चलता था और खुले होने पर स्थिर रहता था, प्रत्येक वाल्व गतिविधि का सटीक समय और स्वतंत्र समायोजन देता था।

मेयर वाल्व प्रक्रिया में ग्रिडिरॉन वाल्व का उपयोग सरस्थ वाल्व के पीछे भी किया जाता था। यह 1869 में ग्लासगो के जॉन टर्नबुल का एकस्वीकृत था।

मेयर प्रसार वाल्व
प्रसार वाल्व की सबसे प्रसिद्ध रचना फ्रांसीसी इंजीनियर जीन-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। एक दूसरा सरस्थ (स्लाइड) वाल्व एक अनुकूलित मुख्य सरस्थ वाल्व के पीछे चलता है और एक अतिरिक्त उत्केंद्रक द्वारा संचालित होता है। मेयर वाल्व में, प्रसार वाल्व की प्रभावी लंबाई 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। 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 इंजन में मेयर प्रसार वाल्व हैं।

यौगिक इंजन
प्रसार वाल्व भी मिश्रित भाप इंजन के लिए लगाए गए थे। दोनों तकनीकों में अधिक जटिलता की कीमत पर भी अधिक दक्षता प्राप्त करने का प्रयास हैं।

प्रसार वाल्व 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 सरस्थ 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 उपस्थित हैं।

लिंक वाल्व गियर
अलग प्रसार वाल्व के बाद के विकास ने अधिक परिष्कृत वाल्व गियर का नेतृत्व किया जो एक वाल्व के साथ अलग-अलग अन्तर्गम 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 सरस्थ संयोजन 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। उसी प्रकार प्रदान किये वाल्व गियर भी पहले रिवर्सिंग के लिए विकसित किये गए थे बाद में वे भाप इंजन पर व्यापक रूप से उपयोग किए गए थे। सैद्धांतिक रूप से विच्छेदन के अपेक्षाकृत कम वाल्व संचारण का सटीक प्रभाव है। यह प्रारंभिक भाप की आपूर्ति को कम करने वाले समग्र वाल्व खोलने को कम करने का प्रभाव है और इसलिए शुद्ध विस्तार की जगह वायर-ड्राइंग का प्रभाव पड़ता है। इसके बाद भी स्टीफेंसन गियर लोकोमोटिव के लिए दो सबसे व्यापक रूप से प्रयोग किए जाने वाले गियर में से एक बन गये।

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 प्रसार 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 जाता था।

रिचर्डसन गवर्नर का उपयोग उनके नियोक्ता रॉबी एंड कंपनी द्वारा निर्मित स्थिर और पोर्टेबल इंजन के लिए किया गया था। 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। इसने स्टीफेंसन की कम वाल्व संचारण की वायर-ड्राइंग समस्या से बचा लिया और स्थिर इंजन 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 प्रसार वाल्व के अपेक्षाकृत एकल वाल्व के समय को नियंत्रित किया गया था। इससे और अधिक जटिल वाल्व प्रकार उत्पन्न हुए जैसे कि पॉपट वॉल्व। प्रायः संयोजन के अपेक्षाकृत कैम-आधारित वाल्व गियर द्वारा संचालित होते हैं। 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 वाल्व की पीठ पर चलने वाले मेयर जैसे द्वितीयक वाल्व का उपयोग करना भी अव्यावहारिक बना दिया। संभवतः एक प्रसार 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 वाल्व के चारों ओर प्रसार वाल्व के रूप में कांस्य आवरण का प्रयोग करता था। दो वाल्व सामग्री के अंतर थर्मल विस्तार के साथ यांत्रिक समस्याओं के कारण यह रचना असफल रही।